一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)，包括：三相多副邊繞組變壓器、N個功率單元、控制系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)；其中：三相多副邊繞組變壓器的原邊與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，三相多副邊繞組變壓器的副邊的每一個繞組與一個功率單元相連；控制系統(tǒng)分別與三相多副邊繞組變壓器、N個功率單元和水冷卻系統(tǒng)相連；控制系統(tǒng)監(jiān)控三相多副邊繞組變壓器的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制水冷卻系統(tǒng)對三相多副邊繞組變壓器進(jìn)行冷卻；控制系統(tǒng)監(jiān)控N個功率單元的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制水冷卻系統(tǒng)對N個功率單元進(jìn)行冷卻。本發(fā)明能夠滿足核電等特種行業(yè)的特殊需求，同時降低現(xiàn)場施工難度，減少維護工作量。
【專利說明】
一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為智能電控系統(tǒng)的重要組成部分，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如電力、水利、石化、冶金等行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003]我國工業(yè)化的快速發(fā)展促進(jìn)了電動機制造與應(yīng)用向高壓大功率方向發(fā)展，大功率級聯(lián)型高壓變頻器用以拖動高壓大功率電機，在核電、石化、冶金行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。大功率電機往往是相應(yīng)行業(yè)中的關(guān)鍵器件，發(fā)生故障會造成整個生產(chǎn)系統(tǒng)停止運行，甚至?xí)绊懙较鄳?yīng)的電力網(wǎng)絡(luò)、油氣管路等關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運行。
[0004]常規(guī)的水冷型高壓變頻器只采用水冷功率單元，移相變壓器采用風(fēng)冷型干式變壓器或油浸式變壓器，降低了產(chǎn)品的可靠性，增加了現(xiàn)場施工難度和成本，并且需要增加日常維護工作量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供了一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)，能夠滿足核電等特種行業(yè)的特殊需求，同時降低現(xiàn)場施工難度，減少維護工作量。
[0006]本發(fā)明提供了一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)，包括:三相多副邊繞組變壓器、N個功率單元、控制系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng);其中:
[0007]所述三相多副邊繞組變壓器為水冷式移相變壓器；
[0008]所述功率單元為水冷式功率單元；
[0009]所述三相多副邊繞組變壓器的原邊與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，所述三相多副邊繞組變壓器的副邊的每一個繞組與一個功率單元相連；
[0010]所述控制系統(tǒng)分別與所述三相多副邊繞組變壓器、N個功率單元和水冷卻系統(tǒng)相連；
[0011]所述控制系統(tǒng)監(jiān)控所述三相多副邊繞組變壓器的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制所述水冷卻系統(tǒng)對三相多副邊繞組變壓器進(jìn)行冷卻；
[0012]所述控制系統(tǒng)監(jiān)控所述N個功率單元的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制所述水冷卻系統(tǒng)對N個功率單元進(jìn)行冷卻。
[0013]優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)包括:溫度傳感器；
[0014]通過所述溫度傳感器監(jiān)控所述三相多副邊繞組變壓器的運行狀況；
[0015]通過所述溫度傳感器監(jiān)控所述N個功率單元的運行狀況。
[0016]優(yōu)選地，所述水冷卻系統(tǒng)包括:第一主水栗、第一膨脹罐、第一離子交換器、第一主過濾器、第一板級換熱器和堿化裝置;其中:
[0017]所述堿化裝置與所述第一主水栗相連；
[0018]所述第一主水栗與所述第一板級換熱器相連；
[0019]所述第一板級換熱器與所述第一主過濾器相連；
[0020]所述第一離子交換器與所述第一主過濾器相連；
[0021 ]所述第一膨脹罐連接在所述堿化裝置與所述第一主水栗之間。
[0022]優(yōu)選地，所述水冷卻系統(tǒng)還包括:第二主水栗、第二膨脹罐、第二離子交換器、第二主過濾器和第二板級換熱器;其中:
[0023]所述第一主水栗和第二主水栗并聯(lián)；
[0024]所述第一膨脹罐與所述第二膨脹罐并聯(lián)；
[0025]所述第一離子交換器與所述第二離子交換器并聯(lián)；
[0026]所述第一主過濾器和第二主過濾器并聯(lián)；
[0027]所述第一板級換熱器與所述第二板級換熱器并聯(lián)；
[0028]所述堿化裝置與所述第一主水栗和第二主水栗相連；
[0029]所述第一主水栗與所述第一板級換熱器相連；
[0030]所述第一板級換熱器與所述第一主過濾器相連；
[0031 ]所述第一離子交換器與所述第一主過濾器相連；
[0032]所述第一膨脹罐連接在所述堿化裝置與所述第一主水栗之間；
[0033]所述第二主水栗與所述第二板級換熱器相連；
[0034]所述第二板級換熱器與所述第二主過濾器相連；
[0035]所述第二離子交換器與所述第二主過濾器相連；
[0036]所述第二膨脹罐連接在所述堿化裝置與所述第二主水栗之間；
[0037]所述第二主水栗、第二膨脹罐、第二離子交換器、第二主過濾器和第二板級換熱器組成備用回路。
[0038]由上述方案可知，本發(fā)明提供的一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)監(jiān)控三相多副邊繞組變壓器的運行狀況和N個功率單元的運行狀況，根據(jù)運行狀況控制冷卻水系統(tǒng)分別對三相多副邊繞組變壓器和N個功率單元進(jìn)行冷卻，相對于普通風(fēng)冷卻形式無需再專為變壓器安裝風(fēng)道，從而節(jié)約了施工成本;相對于油浸式變壓器無需獨立安裝，降低了施工難度，占地面積小，并且在后續(xù)的生產(chǎn)過程中減少了維護的工作量；同時，功率單元采用水冷形式散熱，無需施工現(xiàn)場專為功率單元安裝風(fēng)道，節(jié)約了施工成本，水冷散熱效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷散熱，更適用于較大功率的場合。
【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1為本發(fā)明公開的功率單元串聯(lián)三相多副邊繞組變壓器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0041]圖2為本發(fā)明實施例一公開的一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖3為本發(fā)明實施例二公開的水冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖4為本發(fā)明實施例三公開的水冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0044]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0045]如圖1所示，目前普遍使用的級聯(lián)型高壓變頻器的主回路主要由三相多副邊繞組變壓器I和若干個功率單元2組成。
[0046]如圖2所示，為本發(fā)明實施例一公開的一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)，包括:三相多副邊繞組變壓器1、N個功率單元2、控制系統(tǒng)23和水冷卻系統(tǒng)24;其中:
[0047]三相多副邊繞組變壓器I為水冷式移相變壓器；
[0048]所述功率單元2為水冷式功率單元；
[0049]三相多副邊繞組變壓器I的原邊與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，三相多副邊繞組變壓器I的副邊的每一個繞組與一個功率單元2相連；
[0050]控制系統(tǒng)23分別與三相多副邊繞組變壓器1、N個功率單元2和水冷卻系統(tǒng)24相連；[0051 ] 控制系統(tǒng)23監(jiān)控三相多副邊繞組變壓器I的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制水冷卻系統(tǒng)24對三相多副邊繞組變壓器I進(jìn)行冷卻；
[0052]控制系統(tǒng)23監(jiān)控N個功率單元2的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制水冷卻系統(tǒng)24對N個功率單元2進(jìn)行冷卻。
[0053]上述實施例的工作原理為，當(dāng)需要對三相多副邊繞組變壓器I和N個功率單元2進(jìn)行水冷卻時，通過控制系統(tǒng)23監(jiān)控三相多副邊繞組變壓器的運行狀態(tài)，例如可以通過溫度傳感器監(jiān)控三相多副邊繞組變壓器的運行溫度，根據(jù)采樣到的變壓器出口冷卻水的絕對溫度和變壓器出水與進(jìn)水之間的溫升監(jiān)控變壓器的運行狀態(tài)，然后依據(jù)運行狀況控制水冷卻系統(tǒng)24對三相多副邊繞組變壓器I進(jìn)行冷卻。本發(fā)明的三相多副邊繞組變壓器可以為水冷式移相變壓器，在水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻時，可以通過將冷卻水注入水冷式移相變壓器的銅芯導(dǎo)線對變壓器進(jìn)行冷卻。
[0054]同時，通過控制系統(tǒng)23監(jiān)控N個功率單元2的運行狀況，例如可以通過溫度傳感器監(jiān)控功率單元的運行狀況，然后依據(jù)運行狀況控制水冷卻系統(tǒng)24對功率單元進(jìn)行冷卻。本發(fā)明的功率單元為水冷式功率單元，在水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻時，可以通過將冷卻水注入功率單元的水冷散熱板的進(jìn)水口，再從出水口流出，實現(xiàn)對功率單元的冷卻。
[0055]綜上所述，在上述實施例中，通過控制系統(tǒng)監(jiān)控三相多副邊繞組變壓器的運行狀況和N個功率單元的運行狀況，根據(jù)運行狀況控制冷卻水系統(tǒng)分別對三相多副邊繞組變壓器和N個功率單元進(jìn)行冷卻，相對于普通風(fēng)冷卻形式無需再專為變壓器安裝風(fēng)道，從而節(jié)約了施工成本;相對于油浸式變壓器無需獨立安裝，降低了施工難度，占地面積小，并且在后續(xù)的生產(chǎn)過程中減少了維護的工作量；同時，功率單元采用水冷形式散熱，無需施工現(xiàn)場專為功率單元安裝風(fēng)道，節(jié)約了施工成本，水冷散熱效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷散熱，更適用于較大功率的場合。
[0056]在水冷卻系統(tǒng)對三相多副邊繞組變壓器和N個功率單元同時進(jìn)行冷卻的過程中，由于三相多副邊繞組變壓器和功率單元本身的發(fā)熱量不同，導(dǎo)致兩者的流量要求存在差異;又因為變壓器和功率單元的物理設(shè)計原因，兩者的水冷管路長度和口徑都不同，導(dǎo)致兩者的流阻存在差別。因此水冷卻系統(tǒng)在共用循環(huán)水栗的條件下，需要同時滿足三相多副邊繞組變壓器和功率單元的散熱要求；同時，由于冷卻水需要同時注入到三相多副邊繞組變壓器繞組的空心導(dǎo)線和功率單元的水冷散熱板的進(jìn)水口進(jìn)行冷卻，由于空心導(dǎo)線和水冷散熱板均采用銅材質(zhì)，顯而易見的，冷卻水中的離子將對銅管產(chǎn)生腐蝕作用。為了延長產(chǎn)品的使用壽命需要對冷卻水的離子濃度進(jìn)行控制，減少冷卻水對管道材質(zhì)的腐蝕。
[0057]針對上述問題，如圖3所示，本發(fā)明實施例二公開了一種水冷卻系統(tǒng)，包括:第一主水栗5、第一膨脹罐6、第一離子交換器7、第一主過濾器8、第一板級換熱器9和堿化裝置4;其中:
[0058]堿化裝置4與第一主水栗5相連；
[0059]第一主水栗5與第一板級換熱器9相連；
[0060]第一板級換熱器9與第一主過濾器8相連；
[0061 ] 第一離子交換器7與第一主過濾器8相連；
[0062]第一膨脹罐6連接在堿化裝置4與第一主水栗5之間。
[0063]在冷卻的過程中，首先，根據(jù)三相多副邊繞組變壓器和功率單元的運行要求，分別計算兩者的發(fā)熱量，進(jìn)而得出兩者需要的冷卻水流量；
[0064]其次，根據(jù)兩者水冷管路的長度和口徑算出額定流量下的流阻值，進(jìn)而得出兩者需要的冷卻水壓力；
[0065]最后，根據(jù)計算得出的冷卻水流量和壓力進(jìn)行水栗選型，并選用合適的閥門分別控制三相多副邊繞組變壓器和功率單元組兩個冷卻回路的流量和壓力滿足計算要求。
[0066]為了減少冷卻水對管道材質(zhì)的腐蝕，需要對影響管路腐蝕的多種因素，如pH值、溶解氧含量、電導(dǎo)率、溫度和流速等進(jìn)行綜合分析，具體采取了如下措施:
[0067]首先，在水冷卻系統(tǒng)中加入堿化裝置，使冷卻水的pH值保持在7.5-8.5之間，可以有效降低腐蝕，抑制溶解氧濃度，減少管路沉積，防止管路堵塞等問題。
[0068]其次，在主循環(huán)回路中并聯(lián)去離子回路，達(dá)到長期維持極低電導(dǎo)率的目的。
[0069]最后，通過控制冷卻水的溫度和流速在合適的范圍內(nèi)減小冷卻水對管路腐蝕的影響。
[0070]由于水冷散熱在控制靈活性方面相比風(fēng)冷散熱具有天然劣勢，水冷卻系統(tǒng)主回路中任何器件的故障都將導(dǎo)致變頻器失去散熱能力而停機，造成工礦企業(yè)停產(chǎn)等重大事故。因此對于運行可靠性要求較高的場合可采取雙回路設(shè)計的水冷卻系統(tǒng)。
[0071 ]具體如圖4所不，為本發(fā)明實施例三公開的一種水冷卻系統(tǒng)，包括:第一主水栗5、第一膨脹罐6、第一離子交換器7、第一主過濾器8、第一板級換熱器9、堿化裝置4、第二主水栗10、第二膨脹罐11、第二離子交換器12、第二主過濾器13和第二板級換熱器14;其中:
[0072]第一主水栗5和第二主水栗10并聯(lián)；
[0073]第一膨脹罐6與第二膨脹罐11并聯(lián)；
[0074]第一離子交換器7與第二離子交換器12并聯(lián)；
[0075]第一主過濾器8和第二主過濾器13并聯(lián)；
[0076]第一板級換熱器9與第二板級換熱器14并聯(lián)；
[0077]堿化裝置4與第一主水栗5和第二主水栗6相連；
[0078]第一主水栗5與第一板級換熱器9相連；
[0079]第一板級換熱器9與第一主過濾器8相連；
[0080]第一離子交換器7與第一主過濾器8相連；
[0081 ]第一膨脹罐6連接在堿化裝置4與第一主水栗5之間；
[0082]第二主水栗10與第二板級換熱器14相連；
[0083]第二板級換熱器14與第二主過濾器13相連；
[0084]第二離子交換器12與第二主過濾器13相連；
[0085]第二膨脹罐11連接在所堿化裝置4與第二主水栗10之間；
[0086]第二主水栗10、第二膨脹罐11、第二離子交換器12、第二主過濾器13和第二板級換熱器14組成備用回路。
[0087]由第二主水栗10、第二膨脹罐11、第二離子交換器12、第二主過濾器13和第二板級換熱器14組成備用回路，由原有的第一主水栗5、第一膨脹罐6、第一離子交換器7、第一主過濾器8、第一板級換熱器9組成的主回路共同組成水冷卻系統(tǒng)，且兩條回路都具備獨立為變頻器散熱的能力，可以有效避免水冷卻系統(tǒng)內(nèi)單一故障導(dǎo)致變頻器停機事故的發(fā)生。同時對兩條回路采用定時切換的工作模式，可以在變頻器正常運行的情況下對水冷回路進(jìn)行維護，避免一條回路使用過度導(dǎo)致故障率提高，有效提高水冷卻系統(tǒng)的使用壽命。
[0088]綜上所述，本發(fā)明采用了以上設(shè)計方案，具有以下優(yōu)點:
[0089]1、本發(fā)明中三相多副邊繞組變壓器采用水冷卻形式的干式變壓器，相對于普通風(fēng)冷卻形式干式變壓器無需再專為變壓器安裝風(fēng)道，從而節(jié)約了施工成本;相對于油浸式變壓器無需獨立安裝，降低了施工難度，占地面積小，并且在后續(xù)的生產(chǎn)過程中減少了維護的工作量。
[0090]2、本發(fā)明的功率單元采用水冷形式散熱，無需施工現(xiàn)場專為功率單元安裝風(fēng)道，節(jié)約了施工成本，水冷散熱效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷散熱，更適用于較大功率的場合。
[0091]3、本發(fā)明使用的水冷卻系統(tǒng)和外水換熱裝置集成在變頻器系統(tǒng)中，可以減小產(chǎn)品體積，節(jié)約土建成本。
[0092]本實施例方法所述的功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算設(shè)備可讀取存儲介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明實施例對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，移動計算設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括:U盤、移動硬盤、只讀存儲器(R0M，Read-0nly Memory)、隨機存取存儲器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0093]本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。
[0094]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種水冷高壓變頻器系統(tǒng)，其特征在于，包括:三相多副邊繞組變壓器、N個功率單元、控制系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng);其中: 所述三相多副邊繞組變壓器為水冷式移相變壓器； 所述功率單元為水冷式功率單元； 所述三相多副邊繞組變壓器的原邊與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，所述三相多副邊繞組變壓器的副邊的每一個繞組與一個功率單元相連； 所述控制系統(tǒng)分別與所述三相多副邊繞組變壓器、N個功率單元和水冷卻系統(tǒng)相連； 所述控制系統(tǒng)監(jiān)控所述三相多副邊繞組變壓器的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制所述水冷卻系統(tǒng)對三相多副邊繞組變壓器進(jìn)行冷卻； 所述控制系統(tǒng)監(jiān)控所述N個功率單元的運行狀況，并依據(jù)運行狀況控制所述水冷卻系統(tǒng)對N個功率單元進(jìn)行冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括:溫度傳感器； 通過所述溫度傳感器監(jiān)控所述三相多副邊繞組變壓器的運行狀況； 通過所述溫度傳感器監(jiān)控所述N個功率單元的運行狀況。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水冷卻系統(tǒng)包括:第一主水栗、第一膨脹罐、第一離子交換器、第一主過濾器、第一板級換熱器和堿化裝置;其中: 所述堿化裝置與所述第一主水栗相連； 所述第一主水栗與所述第一板級換熱器相連； 所述第一板級換熱器與所述第一主過濾器相連； 所述第一離子交換器與所述第一主過濾器相連； 所述第一膨脹罐連接在所述堿化裝置與所述第一主水栗之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水冷卻系統(tǒng)還包括:第二主水栗、第二膨脹罐、第二離子交換器、第二主過濾器和第二板級換熱器;其中: 所述第一主水栗和第二主水栗并聯(lián)； 所述第一膨脹罐與所述第二膨脹罐并聯(lián)； 所述第一離子交換器與所述第二離子交換器并聯(lián)； 所述第一主過濾器和第二主過濾器并聯(lián)； 所述第一板級換熱器與所述第二板級換熱器并聯(lián)； 所述堿化裝置與所述第一主水栗和第二主水栗相連； 所述第一主水栗與所述第一板級換熱器相連； 所述第一板級換熱器與所述第一主過濾器相連； 所述第一離子交換器與所述第一主過濾器相連； 所述第一膨脹罐連接在所述堿化裝置與所述第一主水栗之間； 所述第二主水栗與所述第二板級換熱器相連； 所述第二板級換熱器與所述第二主過濾器相連； 所述第二離子交換器與所述第二主過濾器相連； 所述第二膨脹罐連接在所述堿化裝置與所述第二主水栗之間； 所述第二主水栗、第二膨脹罐、第二離子交換器、第二主過濾器和第二板級換熱器組成備用回路。
【文檔編號】G05D27/02GK105978299SQ201610520433
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】常亞暉, 鄭艷文, 周祖平
【申請人】沈陽遠(yuǎn)大電力電子科技有限公司