[发明专利]一种高压输电线路直流融冰装置的水冷系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种高压输电线路直流融冰装置的水冷系统及其控制方法，包括高位水箱、冷却水主泵、水风换热冷却器和IGBT阀组，高位水箱通过管道连接到冷却水主泵，冷却水主泵通过管道连接到IGBT阀组，水风换热冷却器安装在冷却水主泵与IGBT阀组之间的管道上，IGBT阀组通过管道连接到高位水箱，冷却水主泵的电机采用变频驱动方式。本发明克服现有水冷装置容易发生的通讯故障、仪表异常、装置漏水频繁、阀门泵体损坏、水质不合格等问题，同时增设部分设备和逻辑功能，使系统工作具有可靠性高、适应性强、自动化程度高等优点，采用变频驱动，冷却水系统启、停过程不但压力、流量、速率可控，而且冷却水温可随IGBT发热情况自由调节，节能效果显著。

技术领域

本发明属于高压输电线路直流融冰装置的水冷系统技术领域，具体涉及一种采用IGBT模块的高压输电线路直流融冰装置的水冷系统，还涉及一种采用IGBT模块的高压输电线路直流融冰装置的水冷系统的控制方法。

背景技术

2008年南方发生了百年一遇的特大雪灾，对贵州电网造成了毁灭性打击，贵州全省9个地州市88个县先后共有50个县(市、区)受停电影响，11个县全部停电。45条500kV线路有29条受灾停运，147条220kKV线路有94条受灾停运；500kV、220kV线路倒塌分别为169基和147基；12座500kV变电站有5座全站停电，51座220kV变电站有27座全站停电。

灾后贵州省陆续在110kV、220kV、500kV变电站安装了融冰装置，当前运行的融冰装置由多个厂家进行生产，已运行超过十年，其水冷系统一般由融冰装置厂商外购，型号较多，设备配件通用性差，部分甚至因年限较长，厂家已停止生产，这些在结构设计及运行中存在诸多问题，影响了融冰装置系统的稳定可靠运行，同时造成了维护工作量大、工作琐碎等问题，详见表1。

表1：贵州省融冰装置水冷系统故障情况统计表

表1中的故障设备主要包括系统通讯、控制卡件、泵、阀门以及水质指标测试仪器等。除上表所列故障外，现有融冰装置还存在补水困难；净化水质的树脂容易劣化；风-水散热冷却器通水管在极端低温天气下容易结冰堵管等问题。因此原有设备存在稳定性差、系统维护量大的缺点。

由于环境、能源、社会高效化的要求，电力电子设备和系统正朝着应用技术高频化、智能化、全数字、系统化及绿色化方向发展。以IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)为主功率器件的整流器和逆变器可提高效率、减小噪声、减轻设备重量、减小体积，正广泛应用于工业、家用电器和新能源等方面。作为电力电子装置“CPU”的IGBT元件，是能源变换与传输的核心器件，具有驱动功率小、饱和压降低的优点。目前，新一代融冰装置主要由IGBT换流单元、驱动电路、直流支撑电容、散热片、就地控制器、结构件等组成。相对于传统基于晶闸管的直流融冰装置，IGBT融冰装置输出电流谐波含量小，无需配置滤波器，运行于直流融冰模式时可实现真正的零起升压、零起升流。融冰装置往往由多个功率单元模块组成，而单个大功率IGBT模块、晶闸管在工作中发热量最大可达到2KW以上，一旦IGBT中核心温度在达到150°(新型180°)时将被烧毁，甚至爆炸，因此有必要研发一套性能稳定、质量可靠的冷却装置对核心功率元件进行散热保护。

工业中的散热方式主要有风冷、热管冷却、水冷等几种方式，其中具有极高换热系数的水冷却无疑是效果最好的，因此水冷却方式被广泛运用。纯水以其高的热容量、稳定性以及良好的非导电性和易获得的特性被广泛运行在电力行业。借鉴于大型汽轮发电机定子线圈纯水冷却，保证IGBT散热管路不会出现腐蚀、结垢、堵塞、过热、烧毁等事故。

现有典型冷却系统的示意图如图1、图2所示，具体流程如下：