發布時間：2020-09-05所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：通過目前云貴地區的換流站常用的換流閥外冷系統冷卻方式進行了對比分析，分別闡述了空氣冷卻器和閉式冷卻塔的冷卻原理和技術要求，并根據高海拔地區的冷卻方式提出了多種優化設計方案，為高海拔地區直流輸電換流閥冷卻系統外冷卻方式提出了新的思路。
摘要：通過目前云貴地區的換流站常用的換流閥外冷系統冷卻方式進行了對比分析，分別闡述了空氣冷卻器和閉式冷卻塔的冷卻原理和技術要求，并根據高海拔地區的冷卻方式提出了多種優化設計方案，為高海拔地區直流輸電換流閥冷卻系統外冷卻方式提出了新的思路。
關鍵詞：換流閥冷卻系統;高海拔地區;閉式冷卻塔;空氣冷卻器
概述
換流閥是高壓直流輸電的核心裝備，其中冷卻設備是換流閥的核心輔助裝備，其方式都是根據當地環境進行選擇。
地處云貴高原的我國云南貴州擁有著大量的能源，也擁有了大型的能量輸送線路-高壓直流輸電。當地海拔較高，地質資源奇特，常有“一山有四季，十里不同天”的說法。對于高海拔地區而言，一般氣壓低，意味著大氣密度低，同時也意味著水的飽和溫度低，水更容易蒸發。但是目前的換流站實現標準化，包括換流站的外冷卻方式也是搬其他換流站而來。云貴高原的換流站閥外冷卻主要兩種設備：水冷(屬于濕式冷卻)和空冷(屬于干式冷卻)兩種方式，干式冷卻主要是采用空氣冷卻器，濕式冷卻主要采用閉式冷卻塔[1]~[2]。
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云貴高原位于青藏高原東南側雖然處于水汽通道上，但已有研究表明這一地區的降水明顯少于長江流域和華南地區，也少于其上游的緬北地區，還存在顯著的季節性干旱時段，氣候平均下干季( 11 月至次年4 月) 降水不到年降水的15%，干、濕季分明[2]。由于季節缺水，使得換流站對水的需求較為苛刻。
一些學者以低氣壓條件下散熱器的傳熱性能為研究重點，主要研究了翅片管空冷器的熱效應，應用范圍主要在鐵路列車上的換熱器。比如李毅[3]分析并推倒出大氣密度和壓力隨海拔高度的變化規律，張長興[4]在理論上對低氣壓環境中自然對流換熱系數的變化進行了分析出了一些列車的換熱器應用方案。
目前國內還沒有低氣壓條件下閉式冷卻塔的研究，沒有針對高海拔地區換流站的外冷卻系統有專門的研究。
本次研究針對換流閥外冷卻系統的冷卻方式進行對比分析，從工作原理、技術要求、優化改進等方面進行詳細描述，梳理閥冷卻系統水冷及風冷方式設計考慮的影響因素，尤其重點考慮對直流運行影響關鍵的因素，以此評估對后續運行維護工作中所存在的風險，以便后續工程中指導應用。
換流閥冷卻系統原理
換流閥是典型的電力電子設備，大約95%發熱來自于晶閘管、阻尼電阻和電抗器。其散熱的主要方式是水冷，冷卻系統流程圖見圖 2 -1。對其進行化簡可以得到Error: Reference source not found的簡單示意圖。
換流閥外冷方式對比分析
換流閥閉式循環水冷卻系統按冷卻水冷卻方式劃分有：水-風換熱(空氣冷卻器)、水-水換熱(閉式冷卻塔)和混合冷卻幾大類。不同類別的冷卻方式技術要求也不盡相同，但一些基本的技術要求是一致的，包括：冷卻系統型號，冷卻系統額定冷卻容量，進閥溫度(設定值)，進閥溫度高報警設定值，進閥溫度高跳閘設定值，進閥最低運行溫度，進閥溫度低報警設定值，閥廳進出水溫差，冷卻介質，電導率值(報警)，正常(去離子回路)電導率值，pH 值，閥體額定流量時壓降，閥冷設備設計壓力，閥冷設備測試壓力，主循環過濾精度，去離子回路過濾精度，冷卻介質總容量等參數。
空冷器(水-風換熱)
循環水在循環過程中帶出的熱量被循環系統送入一個密閉的風冷換熱器，并最終通過風扇送入空氣中。特點是被冷卻的水溫與環境溫度密切相關，會隨環境溫度的變化而調整，通常循環水溫會高于環境溫度10-15℃。由于維護比噴淋塔簡單，水-風換熱方式是用來冷卻高壓大功率電力電子器件的最常用的方式[7]。
水-風換熱方式常用的換熱器為空氣冷卻器，即采用不銹鋼管，鋁翅片組合。如黑河換流站、穆家換流站、伊敏換流站、高嶺換流站、格爾木換流站等采用了空冷器。這類空冷器基本不消耗水，靠增加翅片的換熱面積用風將熱量帶走。
空氣冷卻器屬于翅片管換熱器，也稱作空氣冷卻換熱器，簡稱空冷器。其布置圖如圖 3 -2所示。它由若干多支翅片管按照一定的排布規律排列而組成的換熱單元叫做翅片管束[8]。翅片管束由三部分組成：翅片管、管箱和構架。直流輸電換流閥用空冷器一般采用不銹鋼無縫鋼管和鋁翅片。
額外技術要求：
包括外風冷設備環境溫度，冷卻容量，空冷器總冷卻容量的裕度，空冷器綜合噪聲，空冷器結構形式，空冷器風機電機的絕緣等級，防護等級，空冷器風機和軸設計壽命等。
閉式冷卻塔(水-水換熱)
在密閉式冷卻塔中，依靠向被冷卻的水管噴灑水滴，由被冷卻水管表面水膜的蒸發而把熱水傳至管壁的熱量帶走，流動空氣與管壁的接觸也起到了對流換熱作用，從而使管內的熱水得到冷卻。這種方法的優點是冷卻水溫可以低于空氣溫度，缺點是噴淋塔維護起來較為復雜，且要消耗大量的水，一般適用于水源較為豐富的地區，該系統受到環境的溫度和含濕量影響較大。
圖 3 -3是一種典型的帶填料的閉式冷卻塔結構示意圖。閉式冷卻塔(也叫蒸發式空冷器或密閉式冷卻塔)是將管式換熱器置于塔內，通過管外流通的空氣、噴淋水與管內的循環水換熱，實現降溫目的[9]。由于循環水是閉式循環，能夠保證水質不受污染，很好的保護了主設備的高效運行，提高了使用壽命。
額外技術要求：
包括外水冷設備使用環境溫度，冷卻塔總冷卻容量的裕度，冷卻塔風機結構形式，冷卻塔綜合噪聲，冷卻塔風機電機的絕緣等級，防護等級，冷卻塔風機和軸設計使用壽命，噴淋水水質要求等。
空氣冷卻器帶噴霧的冷卻方式
帶噴霧(淋)的空氣冷卻器的冷卻方式是我國僅有的大型換流閥外冷卻方式。該方案已用于高嶺換流站二期外冷卻設備中，其技術原理如圖 4 -4。——論文作者：張䶮
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