CN110806053A - 一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***及方法 - Google Patents

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张瑞
汪伟
辛萍
李荣娟
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Abstract

一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***及方法，冷却***包括用于将内冷***的热量传递至外冷***的中间换热器，外冷***中设置埋地式换热器，中间换热器接收内冷***产生热量后的传热介质传输至埋地式换热器，埋地式换热器将传热介质带来的***热负荷排放至大地，冷却之后的传热介质再通入中间换热器进行循环。采用中间换热器对内冷***的循环冷却工质降温，并将接收热量后的传热介质传输至埋地式换热器，埋地式换热器将***热负荷排放至大地，利用大地中的土壤作为天然的冷却介质，相较于水冷塔的冷却方式，大大节约了水资源，相比空冷器等也大大减小了地上设备占地面积，降低设备运行噪声。

Description

一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***及方法
技术领域
本发明属于换流阀冷却领域，为一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***及方法。
背景技术
换流阀是换流站实现交直流电能转换的核心设备，换流阀内部的晶闸管在运行过程中因功率损耗所产生的热量会导致晶闸管芯片的温度上升，一旦超过晶闸管的最高结温，晶闸管就会损毁，所以换流阀需要使用冷却介质来循环吸热降温。换流阀冷却***分为内冷及外冷两部分。内冷***冷却介质通常采用去离子水或添加乙二醇的离子水，将运行中的换流阀散发出的热量吸收，以维持换流阀的正常工作温度。内冷***采用闭式循环，减少与大气接触，避免各种杂质进入内冷水***，在换流阀第一次投运前，就必须向阀的内冷却回路注入纯水，冷却水管将阀内所有元件的散热器连接起来。较低温度的冷却水经循环水泵加压后进入冷却水管流入阀内全部散热器，吸收晶闸管元件及其辅助元件产生的热量，水温将升高。
与换流阀可控硅元件进行了热交换而升温的阀内冷水，须经过二次冷却(即外冷***)降低水温后再进入换流阀进行冷却。换流阀外冷却***的作用是提供足够的冷却容量，使内冷水温度控制在可保证阀组正常运行的范围内。目前，换流阀外冷却***采用的技术路线有空冷器空冷、冷却塔水冷及空冷器串联辅助水冷塔三种方式。空冷方式节约水资源，但有如下缺点：1)对气象条件要求严苛(一般在室外气温与换流阀的进水温差值达6℃以上才能保证冷却效果)；2)设备占地面积大；3)运行噪声大。水冷方式冷却效率高，但有如下缺点：1)对水源的可靠性要求较高；2)耗水量大；3)对水质要求较高；空冷串联辅助水冷方式运行方式较为灵活，既克服了工程所在低水资源短缺的不足，而且能有效解决空冷方式夏季冷却容量不足等问题。但其缺点亦较为明显：1)设备造价最高；2)设备占地面积更大，影响换流变压器运输转向空间时成为换流变广场布置的制约因素；3)其辅助水冷***仅每年夏季高温期短暂投入使用，故***维护管理工作量较大：夏季高温期过后需排空辅助水冷***，以防止水质变坏、冬季结冰等不利影响；来年夏季高温期前需补水，每年循环。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中换流阀外冷却***工作过程的制约因素多且设备占地面积大的问题，提供一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***及方法，规避水冷方式出现水资源短缺的限制，同时具有设备占地面积小，运行无噪音，维护管理方便的特点。
为了实现上述目的，本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***有如下技术方案：
包括用于将内冷***的热量传递至外冷***的中间换热器，外冷***中设置埋地式换热器，中间换热器接收内冷***产生热量后的传热介质传输至埋地式换热器，埋地式换热器将传热介质带来的***热负荷排放至大地，冷却之后的传热介质再通入中间换热器进行循环。
作为优选，在本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***的一种实施例中，所述的中间换热器采用管壳式换热器，埋地式换热器采用埋地式U形管换热器。
作为优选，在本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***的一种实施例中，所述外冷***中的传热介质采用液态水，外冷***中设置有一个或多个调节水池；所述中间换热器、埋地式换热器和调节水池通过管路组成闭式循环***。
作为优选，在本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***的一种实施例中，埋地式换热器的出口管路上设置第一循环水泵；调节水池的出口管路上设置第二循环水泵。
作为优选，在本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***的一种实施例中，所述的外冷***中连接有一个或多个用于调节传热介质压力的氮气稳压***。
作为优选，在本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***的一种实施例中，设置多组并联或串联的外冷***通过中间换热器与内冷***连接。
作为优选，在本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***的一种实施例中，设置多个并联或串联的埋地式换热器与中间换热器连接。
本发明还提供了一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却方法，首先将中间换热器同时与内冷***和外冷***连接，换流阀产生的热负荷通过内冷***的循环冷却工质传递至中间换热器；然后通过中间换热器对内冷***的循环冷却工质降温，并将接收热量后的传热介质传输至埋地式换热器；最后通过埋地式换热器将传热介质带来的***热负荷排放至大地。
作为优选，外冷***的传热介质采用液态水，且外冷***中设置有调节水池6；外冷***第一次投运前向回路中注入足量的循环水，监测循环水的水温、流量信号以及内冷***的循环冷却工质温度、流量信号，进行逻辑计算之后，控制外冷***调节水池6的输出流量。
相较于现有技术，本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***有如下的有益效果：中间换热器是内、外冷***热交换主要设备，通过其热交换，外冷***中的传热介质带走内冷***产生的热量，埋地式换热器***热负荷排放至大地，利用大地的土壤作为天然的冷却介质，冷却之后的传热介质再通入中间换热器进行循环，不但提高了***换热效率，而且实现了外冷水的闭式循环，相较于水冷塔的冷却方式，大大节约了水资源，而相较于空冷器及空串水的冷却方式，大大减小了地上设备的占地面积，同时也降低了设备运行噪声。
进一步的，本发明外冷***的加装方式灵活，可以设置多组并联或串联的外冷***通过中间换热器与内冷***连接，也可以在同一组外冷***中设置多个并联或串联的埋地式换热器与中间换热器连接，根据工程实际要求，通过调节水池调节外冷***传热介质流量，满足内冷负荷变化的要求，通过氮气稳压***调节传热介质压力，***运行高效、可靠。
相较于现有技术，本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却方法有如下的有益效果：采用中间换热器对内冷***的循环冷却工质降温，并将接收热量后的传热介质传输至埋地式换热器，埋地式换热器将***热负荷排放至大地，利用大地中的土壤作为天然的冷却介质，相较于水冷塔的冷却方式，大大节约了水资源，而相较于空冷方式以及空冷串联辅助水冷的方式，大大减小了地上设备的占地面积，同时也降低了设备运行噪声。本发明的冷却方法能够在保证冷却效果的前提下，减少设备以及运行管理的难度，应用前景可观。
附图说明
图1本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***单组结构示意图；
附图中：1-换流阀；2-内冷循环泵；3-中间换热器；4-埋地式换热器；5-第一循环水泵；6-调节水池；7-第二循环水泵；8-氮气稳压***。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，包括用于将内冷***的热量传递至外冷***的中间换热器3，中间换热器3采用管壳式换热器，其中一路管道连接在内冷***当中，另一路管道连接在外冷***当中，传热介质采用液态水。外冷***中设置埋地式换热器4，埋地式换热器4采用埋地式U形管换热器。中间换热器3接收内冷***产生热量后的传热介质传输至埋地式换热器4，埋地式换热器4将传热介质带来的***热负荷排放至大地，冷却之后的传热介质再通入中间换热器3进行循环。外冷***中设置有一个或多个调节水池6，中间换热器3、埋地式换热器4和调节水池6通过管路组成闭式循环***。埋地式换热器4的出口管路上设置第一循环水泵5，调节水池6的出口管路上设置第二循环水泵7。外冷***中还连接有一个或多个用于调节传热介质压力的氮气稳压***8。
根据换流阀的冷却负荷要求，可以设置多组并联或串联的外冷***通过中间换热器3与内冷***连接。多组并联设置的外冷***通过中间换热器3同时与内冷***连接，或者多组串联设置的外冷***通过中间换热器3先后依次与内冷***连接。根据工程实际要求，也可以在一组外冷***中，设置多个并联或串联的埋地式换热器4，多个并联的埋地式换热器4同时与中间换热器3连接，或者多个串联的埋地式换热器4先后依次与中间换热器3连接，
一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却方法，包括以下步骤：
首先，将中间换热器3同时与内冷***和外冷***连接，外冷***的传热介质采用液态水，外冷***第一次投运前向回路中注入足量的循环水，换流阀产生的热负荷通过内冷***的循环冷却工质传递至中间换热器3；然后，通过中间换热器3对内冷***的循环冷却工质降温，并将接收热量后的传热介质传输至埋地式换热器4；最后，通过埋地式换热器4将传热介质带来的***热负荷排放至大地。外冷***中设置有调节水池6，调节水池6内设置有监测装置，实时监测循环水的水温、流量信号与内冷***的循环冷却工质温度、流量信号，进行逻辑计算之后，连锁控制第二循环水泵7的流量，以满足内冷***换热负荷要求。外冷***中连接的氮气稳压***8主要用于调节外冷循环水***的压力。
本发明的换流阀外冷却***，利用埋地式U形管换热器将内冷***热负荷最终排至大地。利用管壳式换热器(水-水交换)作为内、外冷***热交换主要设备，不但提高了***换热效率，而且实现了外冷水的闭式循环，较之水冷塔冷却方式，大大节约水资源。较之空冷器或者空串水的冷却方式，大大减小地上设备占地面积小、降低设备运行噪声。
本发明外冷***的加装方式灵活，可以设置多组并联或串联的外冷***通过中间换热器与内冷***连接，也可以在同一组外冷***中设置多个并联或串联的埋地式换热器与中间换热器连接，根据工程实际要求，通过调节水池调节外冷***传热介质流量，满足内冷负荷变化的要求，通过氮气稳压***调节传热介质压力，***运行高效、可靠。
以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入由权利要求所划定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：包括用于将内冷***的热量传递至外冷***的中间换热器(3)，外冷***中设置埋地式换热器(4)，中间换热器(3)接收内冷***产生热量后的传热介质传输至埋地式换热器(4)，埋地式换热器(4)将传热介质带来的***热负荷排放至大地，冷却之后的传热介质再通入中间换热器(3)进行循环。
2.根据权利要求1所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：所述的中间换热器(3)采用管壳式换热器，埋地式换热器(4)采用埋地式U形管换热器。
3.根据权利要求1所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：
传热介质采用液态水，外冷***中设置有一个或多个调节水池(6)；
所述中间换热器(3)、埋地式换热器(4)和调节水池(6)通过管路组成闭式循环***。
4.根据权利要求3所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：
埋地式换热器(4)的出口管路上设置第一循环水泵(5)；
调节水池(6)的出口管路上设置第二循环水泵(7)。
5.根据权利要求1所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：
外冷***中连接有一个或多个用于调节传热介质压力的氮气稳压***(8)。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：设置多组并联或串联的外冷***通过中间换热器(3)与内冷***连接。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却***，其特征在于：设置多个并联或串联的埋地式换热器(4)与中间换热器(3)连接。
8.一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却方法，其特征在于：将中间换热器(3)同时与内冷***和外冷***连接，换流阀产生的热负荷通过内冷***的循环冷却工质传递至中间换热器(3)；中间换热器(3)对内冷***的循环冷却工质降温，并将接收热量后的传热介质传输至埋地式换热器(4)；埋地式换热器(4)将传热介质带来的***热负荷排放至大地。
9.根据权利要求8所述基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却方法，其特征在于：外冷***的传热介质采用液态水，且外冷***中设置有调节水池6；外冷***第一次投运前向回路中注入足量的循环水，监测循环水的水温、流量信号以及内冷***的循环冷却工质温度、流量信号，进行逻辑计算之后，控制外冷***调节水池(6)的输出流量。
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