CN113710076B - 一种柔性直流输电换流阀冷却*** - Google Patents

一种柔性直流输电换流阀冷却*** Download PDF

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Abstract

本发明属于柔性直流输电技术领域，公开了一种柔性直流输电换流阀冷却***，包括水冷主循环***、第一换热器、三通阀、第二换热器、蓄冷水池、第三换热器以及蓄冷回路循环水泵；水冷主循环***一端依次连接第一换热器以及三通阀的第一端，三通阀的第二端通过第二换热器的第一换热侧与三通阀的第三端连接。第二换热器的第二换热侧的第一端依次连接蓄冷回路循环水泵、第三换热器、蓄冷水池以及第二换热器的第二换热侧的第二端。可在低温时为蓄冷水池降温和储存冷量，高温时段利用三通阀实现通过蓄冷水池进行辅助换热，第一换热器不用按本地极端最高温进行换热设计，降低了外冷***占地面积和成本，特别适合高温干旱地域的换流阀换热设计。

Description

一种柔性直流输电换流阀冷却***
技术领域
本发明属于柔性直流输电技术领域，涉及一种柔性直流输电换流阀冷却***。
背景技术
新疆能源资源富集，蕴藏着丰富的风能、太阳能等可再生资源，是实现绿色低碳、清洁低碳、安全高效的现代化多能互补的最佳能源体系，近年来，在新疆建立了大规模的风电和太阳能发电基地，使用超高压直流输电技术将电力资源远距离输送至能源需求密集区域，从而实现分布式多能资源的优化配置利用。
新疆地形特征可用“三山夹两盆”概括，气候类型属于温带大陆性气候，昼夜温差大，谚语“早穿皮袄午穿纱，围住火炉吃西瓜”是很好的例子，白天和夜晚温差大，同时夏天局部最高气温超过40℃，全年降水量稀少且集中。超高压直流输电运行过程中关键设备换流阀产生大量的热量，通过封闭的内循环冷却介质的流动带走换流阀的热量，并将热量通过风冷或者蒸发冷却排放至大气中。
现有直流输电换流阀冷却***的热交换，主要有空气换热器和闭式冷却塔两种方式。其中，空气换热器采用外设风机把热量带走，环境温度越高效率越低，出水温度一般比环境温度高7℃以上，空气高温超过40℃后进阀温度难以满足换流阀散热需求。闭式冷却塔通过外设冷喷淋泵的冷却水做传热介质，不受空气干球温度影响，换热效率高，但耗水量极大，需建立地下喷淋水池和稳定的供水***，两种换热形式都不适合高温干旱的地域，目前工程中也有空气换热器和冷却塔组合使用的复合冷却***，众多换流站达到极限温度附近5℃范围内全年累计时间比较短，冷却***必须按最高环境温度和换流阀最大热损耗进行设计，仅仅在夏天白天中午高温时间段满负荷运行，其它低温时间段很大部分换热装置处于闲置状态，造成较大浪费，且依然解决不了换流阀运行过程较大耗水量的难题，迫切需要一种能满足高温、无耗水量的新型冷却***。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种柔性直流输电换流阀冷却***。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种柔性直流输电换流阀冷却***，包括水冷主循环***、第一换热器、三通阀、第二换热器、蓄冷水池、第三换热器以及蓄冷回路循环水泵；水冷主循环***一端依次连接第一换热器以及三通阀的第一端，三通阀的第二端通过第二换热器的第一换热侧与三通阀的第三端连接，第二换热器的第二换热侧的第一端依次连接蓄冷回路循环水泵、第三换热器、蓄冷水池以及第二换热器的第二换热侧的第二端。
本发明进一步的改进在于：
所述第一换热器以及第三换热器均为水风换热器。
所述第二换热器为板式换热器，三通阀为电动三通阀。
还包括冷冻水循环水泵、蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀；蒸发器的第一侧通过冷冻水循环水泵与蓄冷水池连通，蒸发器的第二侧的第一端依次连接压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器的第二侧的第二端。
所述蒸发器与压缩机之间的管路上设置低压控制器，冷凝器和膨胀阀之间的管路上设置高压控制器。
所述蓄冷水池建于地表以下。
所述蓄冷水池四周壁面设置采用绝热材料制作的隔热层。
所述蓄冷水池上设置蓄冷池保留至阀厅冷却***接口。
所述蓄冷水池上设置蓄冷池保留至换流站暖通接口。
所述蓄冷水池内设置加热器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明柔性直流输电换流阀冷却***，通过设置水冷主循环***、第一换热器以及三通阀形成主冷却循环回路，设置第二换热器、蓄冷水池、第三换热器以及蓄冷回路循环水泵形成蓄冷冷却回路，可以利用不同时段温差大的特点，可在低温时为蓄冷水池降温和储存冷量，高温时段利用三通阀实现通过蓄冷水池进行辅助换热，可解决温度过高时柔性直流输电换流阀的散热问题。无需大量冷却水消耗，第一换热器不用按本地极端最高温进行换热设计，降低了外冷***占地面积和成本，特别适合高温干旱地域的换流阀换热设计，具有明显的技术优势。
附图说明
图1为本发明的柔性直流输电换流阀冷却***结构示意图。
其中：1-换流阀；2-水冷主循环***；3-第一换热器；4-三通阀；5-蓄冷水池；6-隔热层；7-冷冻水循环水泵；8-蓄冷池保留至阀厅冷却***接口；9-第二换热器；10-第三换热器；11-蓄冷回路循环水泵；12-蒸发器；13-低压控制器；14-压缩机；15-冷凝器；16-高压控制器；17-膨胀阀；18-加热器；19-蓄冷池保留至换流站暖通接口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明提供一种柔性直流输电换流阀冷却***，包括主冷却循环回路和蓄冷冷却回路，主冷却循环回路包括水冷主循环***2、第一换热器3以及三通阀4，蓄冷冷却回路包括第二换热器9、蓄冷水池5、第三换热器10以及蓄冷回路循环水泵11。
水冷主循环***2一端依次连接第一换热器3以及三通阀4的第一端，三通阀4的第二端通过第二换热器9的第一换热侧与三通阀4的第三端连接。第二换热器9的第二换热侧的第一端依次连接蓄冷回路循环水泵11、第三换热器10、蓄冷水池5以及第二换热器9的第二换热侧的第二端。
使用时，将水冷主循环***2远离第一换热器3的一端，以及三通阀4的第三端分别与柔性直流输电换流阀的两端连接，形成冷却回路。
其中，水冷主循环***2为主冷却循环回路提供稳定的流量循环，可是循环水泵等组件。第一换热器3以及第三换热器10均为水风换热器，针对白天晚上温差大，平均气温低的使用环境，采用水风换热器进行散热，无大量的冷却水损耗。第二换热器9为板式换热器，板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90％以上。板式换热器的型式主要有框架式(可拆卸式)和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。三通阀4为电动三通阀，便于实现自动化控制。
综上，本发明柔性直流输电换流阀冷却***，通过设置主冷却循环回路和蓄冷冷却回路，其中，主冷却循环回路包括水冷主循环***2、第一换热器3以及三通阀4，蓄冷冷却回路包括第二换热器9、蓄冷水池5、第三换热器10以及蓄冷回路循环水泵11。利用不同时段温差大的特点，可在低温时为蓄冷水池5降温和储存冷量，高温时段通过三通阀4实现通过蓄冷水池5进行辅助换热，可解决温度过高时柔性直流输电换流阀的散热问题。无需大量冷却水消耗，第一换热器不用按本地极端最高温进行换热设计，降低了外冷***占地面积和成本，特别适合高温干旱地域的柔性直流输电换流阀换热设计，具有明显的技术优势。
优选的，还包括蓄冷辅助冷却回路，蓄冷辅助冷却回路包括冷冻水循环水泵7、蒸发器12、压缩机14、冷凝器15以及膨胀阀17。蒸发器12的第一侧通过冷冻水循环水泵7与蓄冷水池5连通，蒸发器12的第二侧的第一端依次连接压缩机14、冷凝器15、膨胀阀17以及蒸发器12的第二侧的第二端。蓄冷辅助冷却回路通过压缩机14、冷凝器15、膨胀阀17、蒸发器12以及冷冻水循环水泵11，为蓄冷水池5提供低温冷冻水。当出现极端高温天气时，蓄冷辅助冷却回路上压缩机14提供补偿冷却水至蓄冷水池5。
其中，压缩机14是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷***的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。冷凝器15是制冷***的机件，属于换热器的一种，能把气体或蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。冷凝器15的工作过程是个放热的过程，所以冷凝器15的温度都是较高的。膨胀阀17是制冷***中的一个重要部件。膨胀阀17使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器12中吸收热量达到制冷效果。
优选的，蒸发器12与压缩机14之间的管路上设置低压控制器13，冷凝器15和膨胀阀17之间的管路上设置高压控制器16。其中，低压控制器13主要用于控制***的低压压力或者是吸气压力，在低压过低时，低压控制器13就会起跳从而断开接触器的电路，使***不会在过低的压力下运行从而提高***运行的经济性。高压控制器16的作用是控制***的高压压力或者是排气压力。在高压压力超过高压控制器16的调定值的时候，高压控制器16跳开从而断开电路，起到保护***的作用。
优选的，蓄冷水池5建于地表以下，避免表层太阳照射升温，壁面采用隔热保温处理，即蓄冷水池5四周壁面设置采用绝热材料制作的隔热层6。
优选的，蓄冷水池5上设置蓄冷池保留至阀厅冷却***接口8，蓄冷池保留至阀厅冷却***接口8可接入换流阀厅空调制冷等冷冻水来源。
优选的，蓄冷水池5上设置蓄冷池保留至换流站暖通接口19，可接入换流站采暖用热水，对热量综合利用，也可连接至换流站暖通***提供供暖。
优选的，蓄冷水池5内设置加热器18，防止极端低温下蓄冷水池5结冰。
本发明柔性直流输电换流阀冷却***的工作过程：
正常情况下，通过主冷却循环回路中的第一换热器3实现柔性直流输电换流阀的冷却，同时，通过蓄冷冷却回路进行冷却水的冷却。蓄冷辅助冷却回路仅在极端高温天气时投入蓄冷。例如，本实施例中，主冷却循环回路的第一换热器3提供环境温度35℃以下时的柔性直流输电换流阀散热，当白天环境温度超过35℃的时段，第一换热器3无法满足散热需求时，通过三通阀4分配部分流量至蓄冷冷却回路的第二换热器9，通过蓄冷水池5内的低温冷却水进行辅助换热。
同时，蓄冷冷却回路和蓄冷辅助冷却回路在晚上气温低时工作。首先，基于白天高温时段的持续时间、最高温度和换热量等参数进行计算，进而确定蓄冷水池5内冷却水的蓄冷最低温度和容积并保留裕度。在运行过程中，通过传感器采集环境温度和蓄冷水池5内的实时温度，并且由于水风换热器在气温低时的换热效率较气温高时高，所以晚上蓄冷时水风换热器10优先降温蓄冷，降低蓄冷水池内白天因高温时段和换流阀换热的高温水。在此基础上，进而通过控制冷凝器15和压缩机14实现补充冷却蓄冷，至蓄冷水池5内温度需求补充蓄冷至所需温度。利用白天晚上温差大的特点，夜晚为蓄冷水池5降温和储存冷量，在白天高温时段，通过蓄冷水池5的储存冷量进行辅助换热。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种柔性直流输电换流阀冷却***，其特征在于，包括水冷主循环***(2)、第一换热器(3)、三通阀(4)、第二换热器(9)、蓄冷水池(5)、第三换热器(10)以及蓄冷回路循环水泵(11)；水冷主循环***(2)一端依次连接第一换热器(3)以及三通阀(4)的第一端，三通阀(4)的第二端通过第二换热器(9)的第一换热侧与三通阀(4)的第三端连接，第二换热器(9)的第二换热侧的第一端依次连接蓄冷回路循环水泵(11)、第三换热器(10)、蓄冷水池(5)以及第二换热器(9)的第二换热侧的第二端；
还包括冷冻水循环水泵(7)、蒸发器(12)、压缩机(14)、冷凝器(15)以及膨胀阀(17)；蒸发器(12)的第一侧通过冷冻水循环水泵(7)与蓄冷水池(5)连通，蒸发器(12)的第二侧的第一端依次连接压缩机(14)、冷凝器(15)、膨胀阀(17)以及蒸发器(12)的第二侧的第二端；
所述蒸发器(12)与压缩机(14)之间的管路上设置低压控制器(13)，冷凝器(15)和膨胀阀(17)之间的管路上设置高压控制器(16)；
所述蓄冷水池(5)建于地表以下；
所述蓄冷水池(5)四周壁面设置采用绝热材料制作的隔热层(6)；
所述蓄冷水池(5)上设置蓄冷池保留至阀厅冷却***接口(8)；
所述蓄冷水池(5)上设置蓄冷池保留至换流站暖通接口(19)。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀冷却***，其特征在于，所述第一换热器(3)以及第三换热器(10)均为水风换热器。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀冷却***，其特征在于，所述第二换热器(9)为板式换热器，三通阀(4)为电动三通阀。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀冷却***，其特征在于，所述蓄冷水池(5)内设置加热器(18)。
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