[发明专利]一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电换流阀领域，具体讲涉及一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统。

背景技术

一次冷却系统用于冷却柔性直流输电IGBT换流阀内发热的电力电子元器件的冷却介质，一次冷却系统采用新型高效的相变冷却技术，它是靠冷却介质相变时的汽化潜热来带走发热元器件的发热量，使其温度降低。柔性直流输电IGBT换流阀运行时，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、均压电阻通过散热器将热量传递给相变冷却介质，相变冷却介质吸收热量，温度升高，当达到工作压力下的饱和温度时，冷却介质在散热器内部开始沸腾、汽化吸热，气液混合物进入冷凝器中冷凝、释放热量，被冷凝的介质通过主进液管、进液汇流管及进液支管回到散热器中继续循环，形成密闭无泵自循环系统。

二次冷却系统用于将冷凝器内气液混合物冷凝所释放的热量带走，其是通过二次冷却水与冷凝器进行换热，二次冷却水经过冷凝器后温度升高，由循环主泵进行升压，并通过二次冷却装置来进行降温，将热量散到周围环境中去。

最后，由于一次冷却系统与二次冷却系统是通过冷凝器间接换热，一次冷却系统内的相变冷却介质不与二次冷却水进行接触，不但能有效保证一次冷却系统运行的可靠性，还可根据环境要求，选用不同的二次冷却介质(水+乙二醇及纳米流体)来提高二次冷却系统抗低温性。

随着输电技术的发展，柔性直流输电IGBT换流阀的冷却方式经历由空冷、油冷到水冷却方式的转变，相对空冷、油冷而言，水的导热系数最高，比热容量最大，对流换热能力最强，空气、油、水的对流换热系数比为1：10：100，所以采用水冷可以大大改善冷却效果，降低IGBT的结温，提高设备运行的可靠性。然而近几年，随着我国新能源发电及分布式能源的快速发展，柔性直流输电换流阀电压等级由±320kV提升到±500kV，乃至更高的±800kV，导致柔性直流输电核心装备IGBT换流阀损耗大幅提升，元器件功率密度相应增加，对IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等电力电子元器件冷却带来极大挑战。

目前，水冷方式存在冷却效率低、水处理系统复杂、温度分布不均及泄漏导致的绝缘失效等一系列问题，以致不能更好的满足大容量柔性直流输电工程的需求，相变冷却的现有技术研究方向侧重于发电机技术领域、功率电子管和GTO逆变器领域，几乎没有对柔性直流输电IGBT换流阀装置应用相变冷却方面的研究，更没有将相变冷却技术与二次冷却系统结合运用的相关研究。

因此，需要提供一种技术方案来克服现有技术的不足。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明通过如下技术方案实现：

一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统，柔性直流输电换流阀包括：由IGBT换流阀子模块15串联组成的IGBT换流阀模块16；

冷却系统包括：一次冷却系统和二次冷却系统；

一次冷却系统包括：冷凝器7及其换热组件；

二次冷却系统包括：二次冷却装置11及其设置的换热器、二次冷却介质出口管12、二次冷却介质回流管13和循环泵14。

二次冷却装置11与冷凝器7间的二次冷却介质回流管13设有循环泵14；

二次冷却介质出口管12与冷凝器7的冷却介质入口相连。

IGBT换流阀子模块15包括：设于散热器3表面的IGBT 1和均压电阻2；

散热器3的两端设有冷却介质进口和出口。

冷却散热器3的换热组件包括：冷却介质出口支管4、冷却介质出口汇流管5、冷却介质主出口管6、冷却介质主进口管8、进口汇流管9和进口支管10；

冷却介质从散热器3排出后，经出口支管4、出口汇流管5、主出口管6进入冷凝器7。

二次冷却介质为水、水加乙二醇、或水加纳米流体。

散热器3的材质按质量百分比计的下述组份制得：硅Si：0.30～0.6、铁Fe：0.10～0.30、铜Cu：≤0.10、锰Mn：≤0.10、镁Mg：0.35～0.6、铬Cr：≤0.05、锌Zn：≤0.15、钛Ti：≤0.余量为铝Al(最小值)：未指定的其他元素：每种：≤0.05；合计：≤0.15。

IGBT 1与散热器3间的触面涂有按重量份数计的下述组份制得的导热材料：石蜡油10-20份，硬脂酸3-8份，二丁基二硫代氨基甲酸锌3-7份，天然橡胶15-25份，聚二甲基硅氧烷7-11份，增塑软化剂4-8份，乙丙橡胶20-30份，有机硅硅氧烷8-12份，促进剂1-3份。

循环泵14包括：设有进口144、出口145及电机141的泵体142。