一种换流阀阀模块及其水冷系统

技术领域

本发明涉及一种换流阀阀模块及其水冷系统，属于直流输电技术领域。

背景技术

晶闸管换流阀是直流输电工程的核心设备，换流阀主要由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成，其中，晶闸管是换流阀的核心部件，其决定了换流阀的通流能力，通过将多个晶闸管元件串联可得到具有设定系统电压的晶闸管阀段。

公布号为CN104392986A的专利文件公开了一种晶闸管换流阀组件，具体包括托架，托架上的各个阀单元均包括阀段和电抗器组件，阀段包括相间设置的晶闸管和晶闸管散热器，换流阀组件还包括水冷系统，水冷系统包括通过并联设置的两支水路连通的主进水路和主回水路，左阀单元中的电抗器组件和晶闸管散热器串接于其中一个支水路上，右阀单元中的电抗器组件和晶闸管散热器串接于另一个支水路上，各个阀单元中的电抗器组件均设置有两个以上，各个阀单元中的电抗器组件依次并列的串接在对应的支水路上。各个阀单元中的两个以上的电抗器组件依次并列的串接在对应的支水路上，通过降低冷却水流流过支水路时的水压压降，避免额外增加换流阀组件的设计、制作成本，但由于换流阀组件内的水冷系统采用水路散热，各部件电气距离大，整体尺寸大。

发明内容

本发明的目的是提供一种换流阀阀模块及其水冷系统，用以解决现有的换流阀组件内各部件电气距离大的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种换流阀阀模块的水冷系统，包括用于设置阀模块并盛装绝缘冷却介质的容器，容器上密封设置有盖板，以使阀模块位于容器与盖板形成的密封空间内，且阀模块浸没在绝缘冷却介质中；容器或盖板上设有与密封空间连通的蒸汽管道和液体回流管道，蒸汽管道和液体回流管道连通有外冷系统，以使蒸汽管道内的蒸汽进入外冷系统冷凝后通过液体回流管道进入密封空间内；容器或盖板上还设有供阀模块的导线通过的进出线套管。

本发明的换流阀阀模块的水冷系统通过盖板与用于盛装绝缘冷却介质的容器密封连接形成用于放置阀模块的密封空间，以使阀模块浸没在绝缘冷却介质中，其中，绝缘冷却介质具有高绝缘性，可有效降低模块内部绝缘距离，进而缩减各部件之间的电气距离，减小模块结构尺寸。本发明通过在容器或盖板上设置的与密封空间连通的蒸汽管道和液体回流管道与外冷系统连通，以使蒸汽管道内的蒸汽进入外冷系统冷凝后通过液体回流管道进入密封空间内，以实现绝缘冷却介质在密封空间的内外循环，提高换流阀阀模块的水冷系统的散热效果；其中，绝缘冷却介质通过蒸发冷却方式为阀模块散热，散热效率高、散热均匀性好，有效降低阀模块中的晶闸管结温，提高设备可靠性。本发明通过在容器或盖板上设置供阀模块导线通过的进出线套管，为阀模块提供可靠的进出线方式，便于阀模块接线。

进一步地，外冷系统包括冷凝器，或外冷系统包括冷凝器和外冷风机，冷凝器设置在外冷风机形成的气流通道上。

本发明的外冷系统包括冷凝器，当密封空间内的绝缘冷却介质因阀模块温度的升高从液体变为蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器，经冷凝器冷凝后通过液体回流管道进入密封空间，实现绝缘冷却介质在密封空间的内外循环，提高换流阀阀模块的水冷系统的散热效果。本发明的外冷系统包括冷凝器和外冷风机，冷凝器设置在外冷风机形成的气流通道上，通过外冷风机提高冷凝器冷凝的效率，进一步提高散热效率。

进一步地，容器或盖板上还设有用于读取密封空间压力的压力表。

本发明通过在容器或盖板上设置压力表，以读取密封空间的压力。

本发明的一种换流阀阀模块，包括用于盛装绝缘冷却介质的容器和浸没在绝缘冷却介质中的阀模块，容器上密封设置有盖板，以使阀模块位于容器与盖板形成的密封空间内；容器或盖板上设有与密封空间连通的蒸汽管道和液体回流管道，蒸汽管道和液体回流管道连通有外冷系统，以使蒸汽管道内的蒸汽进入外冷系统冷凝后通过液体回流管道进入密封空间内；容器或盖板上还设有供阀模块的导线通过的进出线套管。

本发明的换流阀阀模块包括用于盛装绝缘冷却介质的容器和浸没在绝缘冷却介质中的阀模块，通过盖板与用于盛装绝缘冷却介质的容器密封连接形成用于放置或容纳阀模块的密封空间，以使阀模块浸没在绝缘冷却介质中。其中，绝缘冷却介质具有高绝缘性，可有效降低模块内部绝缘距离，进而缩减各部件之间的电气距离，减小模块结构尺寸。

本发明通过在容器或盖板上设置的与密封空间连通的蒸汽管道和液体回流管道与外冷系统连通，以使蒸汽管道内的蒸汽进入外冷系统冷凝后通过液体回流管道进入密封空间内，以实现绝缘冷却介质在密封空间的内外循环，提高换流阀阀模块的水冷系统的散热效果。其中，绝缘冷却介质通过蒸发冷却方式为阀模块散热，散热效率高、散热均匀性好，有效降低阀模块中的晶闸管结温，提高设备可靠性。

本发明通过在容器或盖板上设置供阀模块导线通过的进出线套管，为阀模块提供可靠的进出线方式，便于阀模块接线。

进一步地，外冷系统包括冷凝器，或外冷系统包括冷凝器和外冷风机，冷凝器设置在外冷风机形成的气流通道上。

本发明的外冷系统包括冷凝器，当密封空间内的绝缘冷却介质因阀模块温度的升高从液体变为蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器，经冷凝器冷凝后通过液体回流管道进入密封空间，实现绝缘冷却介质在密封空间的内外循环，提高换流阀阀模块的水冷系统的散热效果。本发明的外冷系统包括冷凝器和外冷风机，冷凝器设置在外冷风机形成的气流通道上，通过外冷风机提高冷凝器冷凝的效率，进一步提高散热效率。

进一步地，容器或盖板上还设有用于读取密封空间压力的压力表。

本发明通过在容器或盖板上设置压力表，以读取密封空间的压力。

进一步地，阀模块包括框架，框架上设置有晶闸管阀段和电容组件，晶闸管阀段电连接有电容组件。

进一步地，晶闸管阀段包括若干晶闸管，若干晶闸管压接有散热器，散热器的两侧分别设置有均压电阻和阻尼电阻，散热器上设有控制板卡，控制板卡、均压电阻、晶闸管与电容组件电连接。

进一步地，框架通过绝缘拉杆设置在盖板上。

本发明通过绝缘拉杆将框架设置在盖板上，以将阀模块安装在盖板上，便于后期的维护。

附图说明

图1是本发明的阀模块的电气原理图；

图2是本发明的阀模块中阀段的装配结构示意图；

图3是本发明的阀模块的装配结构示意图；

图4是本发明的阀模块和水冷系统的装配结构示意图。

附图标记说明：

10、散热器；11、阻尼电阻；12、均压电阻；13、晶闸管；14、控制板卡；2、框架；20、电容组件；21、绝缘拉杆；22、上盖板；23、光纤接口；24、进出线套管；25、压力表；3、冷却液容器；30、液体回流管道；31、蒸汽管道；4、冷凝器；5、外冷风机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

一种换流阀阀模块的水冷系统的实施例：

一种换流阀阀模块的水冷系统，电气原理图如图1所示，THy为晶闸管器件，Rdc为均压电阻，Rrc为阻尼电阻，Crc为阻尼电容，根据需要可串联不同级数，级数为n，n取正整数。

如图2所示，将不同级数晶闸管13与散热器10压接成独立阀段，均压电阻12及阻尼电阻11安装在散热器10两侧，控制板卡14置于散热器10上方，完成晶闸管阀段的装配。

如图3所示，晶闸管阀段与电容组件20装配至框架2上，通过4根绝缘拉杆21将整个框架2与上盖板22连接，进出线套管24安装在上盖板22上，上盖板22表面集成压力表25和光纤进出接口(光纤接口23)，完成模块装配。

如图4所示，将模块(阀模块)置入冷却液容器3与上盖板22(盖板)形成的密封空间内，左右侧均安装有冷凝器4与外冷风机5构成的外冷系统，冷凝器4与冷却液容器3上方的盖板通过蒸汽管道31连通，冷凝器4与冷却液容器3下方通过液体回流管道30连通。

本发明提供一种结构紧凑、散热效率高的换流阀阀模块，该装置采用模块化设计，整体模块浸入到充满冷却介质的内冷系统中，内冷系统为容器和盖板构成的密封空间，冷却介质为高绝缘性能液体，可最大化减小模块内部电气距离，冷却介质吸收元器件释放的热量进行蒸发气化，蒸汽上升到外冷系统中，通过强制冷却后液化，液化后的冷却介质重新返回内冷系统中，构成一个冷却循环。

本发明将晶闸管串联压接成一个阀段，控制板卡置于晶闸管阀段上方，阻尼电阻及均压电阻置于晶闸管阀段散热器侧面，均压阻尼电容独立组装成一个模块置于晶闸管阀段一侧，上述各模块置于共同框架中，通过悬吊拉杆将整体框架置于充满冷却介质的内冷系统中，外冷系统通过管道与内冷系统连接，蒸汽管道置于内冷系统上部，液体回流管道置于内冷系统下部，外冷系统通过冷却风机将热量排出。

本发明的模块内各部分模块化设计，装配简便，效率高；冷却介质具有高绝缘性，可有效降低模块内部绝缘距离，进而减小模块结构尺寸；蒸发冷却方式散热效率高，散热均匀性好，可有效降低晶闸管结温，提高设备可靠性；模块整体通过悬吊拉杆固定于上盖板上，盖板与冷却介质容器密封安装，密封性好、安装维护方便；模块通过套管进出线，套管安装至上盖板上，进出线方式可靠、接线方便。盖板上集成有压力传感器，光纤进出接口，维护方便，接口密封性高；外冷系统冷凝器安装在冷却介质容器侧壁，通过蒸汽管路及液体回流管路连接至内冷却介质容器内部，连接方式简单、结构紧凑；外冷风机与冷凝器一体化设计，风阻小，散热效率高。

一种换流阀阀模块的实施例：

本发明的一种换流阀阀模块，包括用于盛装绝缘冷却介质的容器(冷却液容器3)和浸没在绝缘冷却介质中的阀模块，容器上密封设置有盖板(上盖板22)，以使阀模块位于容器与盖板形成的密封空间内；通过盖板与用于盛装绝缘冷却介质的容器密封连接形成用于放置或容纳阀模块的密封空间，以使阀模块浸没在绝缘冷却介质中。其中，绝缘冷却介质具有高绝缘性，可有效降低模块内部绝缘距离，进而缩减各部件之间的电气距离，减小模块结构尺寸。

容器或盖板上设有与密封空间连通的蒸汽管道31和液体回流管道30，蒸汽管道31和液体回流管道30连通有外冷系统，以使蒸汽管道31内的蒸汽进入外冷系统冷凝后通过液体回流管道30进入密封空间内；容器或盖板上还设有供阀模块的导线通过的进出线套管24，为阀模块提供可靠的进出线方式，便于阀模块接线。

本发明通过在容器或盖板上设置的与密封空间连通的蒸汽管道和液体回流管道与外冷系统连通，以使蒸汽管道内的蒸汽进入外冷系统冷凝后通过液体回流管道进入密封空间内，以实现绝缘冷却介质在密封空间的内外循环，提高换流阀阀模块的水冷系统的散热效果。其中，绝缘冷却介质通过蒸发冷却方式为阀模块散热，散热效率高、散热均匀性好，有效降低阀模块中的晶闸管结温，提高设备可靠性。

其中，蒸汽管道31设置在盖板上与密封空间连通，液体回流管道30设置在容器侧壁上与密封空间连通。

其中，外冷系统包括冷凝器4，或外冷系统包括冷凝器4和外冷风机5，冷凝器4设置在外冷风机5形成的气流通道上。

本发明的外冷系统包括冷凝器，当密封空间内的绝缘冷却介质因阀模块温度的升高从液体变为蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器，经冷凝器冷凝后通过液体回流管道进入密封空间，实现绝缘冷却介质在密封空间的内外循环，提高换流阀阀模块的水冷系统的散热效果。本发明的外冷系统包括冷凝器和外冷风机，冷凝器设置在外冷风机形成的气流通道上，通过外冷风机提高冷凝器冷凝的效率，进一步提高散热效率。

其中，容器或盖板上还设有用于读取密封空间压力的压力表25。

本发明通过在容器或盖板上设置压力表，以读取密封空间的压力。

阀模块包括框架2，框架2上设置有晶闸管阀段和电容组件20，晶闸管阀段电连接有电容组件20；晶闸管阀段包括若干晶闸管13，若干晶闸管13压接有散热器10，散热器10的两侧分别设置有均压电阻12和阻尼电阻11，散热器10上设有控制板卡14，控制板卡14、均压电阻12、晶闸管13与电容组件20电连接。框架2通过绝缘拉杆21设置在容器或盖板上以将阀模块安装在容器或盖板上，便于后期的维护。