張 斌

（沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110001）

大功率整流裝置重要組成部分之一的硅整流元件和母線系統(tǒng)正常工作時必須使用水來進(jìn)行冷卻。由于需要冷卻的硅整流元件是帶電體，母線系統(tǒng)也是帶電體，因此對于冷卻水要求很高，必須是不導(dǎo)電的去離子純水，所以通常采用去離子純水直接冷卻整流元件，采用風(fēng)或者水作為冷卻媒介冷卻去離子純水，換熱裝置將整流器內(nèi)的熱量擴(kuò)散到空氣中，以保證整流器正常工作[1]。傳統(tǒng)的方法是采用水－水換熱裝置或水－風(fēng)換熱裝置，前一種方法是由集中設(shè)置的循環(huán)冷卻水站提供副水冷卻去離子純水，后一種方法是用風(fēng)扇直接冷卻去離子純水，兩種方法均存在一定的缺陷，采用水－水換熱裝置時需要一個集中循環(huán)冷卻水泵站，該泵站機(jī)組故障或者管道故障時均會使整流所停電，特別是對于寒冷地區(qū)循環(huán)冷卻水泵站極易發(fā)生由于寒冷而結(jié)冰的故障。采用水－風(fēng)換熱裝置時每個整流機(jī)組分別設(shè)置水－風(fēng)換熱冷卻裝置，該方案具有節(jié)約水資源，減少整流所停電概率等優(yōu)點，但是由于必須將水－風(fēng)換熱冷卻裝置設(shè)置在戶外，對于寒冷地區(qū)的防凍問題很難解決。對于寒冷地區(qū)為了解決防凍問題，需要在去離子純水中添加防凍液，這將造成整流器元件冷卻循環(huán)管路的腐蝕，致使管路發(fā)生泄漏，腐蝕整流器元件，對整流器的絕緣造成破壞[2]。

1 兩級換熱冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

為解決上述兩種整流器冷卻方式存在的問題，本文提出了一種兩級換熱冷卻系統(tǒng)。首先由去離子水循環(huán)冷卻系統(tǒng)直接冷卻整流器元件和母線系統(tǒng)，再采用乙二醇與水混合液體與去離子水循環(huán)冷卻系統(tǒng)在板式換熱器內(nèi)進(jìn)行一級換熱，然后通過泵組將乙二醇與水混合液體與設(shè)置在戶外的水風(fēng)換熱裝置進(jìn)行二級換熱，將整流器內(nèi)元件和母線的熱量擴(kuò)散到室外空氣中。

這樣的兩級換熱冷卻系統(tǒng)即可以保證流過整流器元件和母線中的冷卻介質(zhì)為絕緣和耐電離特性極好的去離子純水，又可以保證在戶外冷卻循環(huán)的冷卻介質(zhì)為防凍性能極佳的乙二醇與水混合液體，兩種冷卻介質(zhì)各自循環(huán)運行在獨立的管路中，通過板式換熱器進(jìn)行換熱，從而達(dá)到防止防凍液腐蝕整流器元件和高效節(jié)水、防凍的效果。

圖1 兩級換熱冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖

大功率整流裝置兩級換熱冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，主要包括：2板式換熱器、3水風(fēng)冷卻器、4離子交換器、5水泵、6閥門、7壓力信號傳感裝置、8溫度信號傳感裝置、9電導(dǎo)率傳感裝置、10流量傳感裝置、11供水管路、12水泵等。去離子純水與乙二醇和水混合液在板式換熱器2中進(jìn)行一級換熱，乙二醇和水混合液通過水風(fēng)冷卻器，在室外大氣中進(jìn)行二級換熱，兩級換熱冷卻系統(tǒng)相對獨立。

由壓力信號傳感裝置7、溫度信號傳感裝置8、電導(dǎo)率傳感裝置9、流量傳感裝置10監(jiān)測整個換熱冷卻系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并向上級控制系統(tǒng)反饋信號。

本冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，取消了整流所循環(huán)水站，運行安全可靠，去離子純水與乙二醇和水混合液分別循環(huán)運行在獨立的冷卻系統(tǒng)管路中，通過板式換熱器進(jìn)行換熱，該裝置的優(yōu)點在于有效的解決了現(xiàn)有水風(fēng)冷卻器存在的問題，防止了防凍液腐蝕整流器元件和寒冷地區(qū)冬季循環(huán)水結(jié)冰，提高了電解系列的供電可靠性，滿足了電解系列安全連續(xù)生產(chǎn)的要求，同時也節(jié)約了大量的水資源。

2 在大容量整流裝置中的應(yīng)用實例

兩級換熱冷卻系統(tǒng)采用兩級冷卻裝置串連使用，第一級采用高阻抗的去離子循環(huán)水作為冷卻媒介，直接冷卻整流器元件，并與采用乙二醇與水作為冷卻媒介的混合液體通過板式換熱裝置進(jìn)行一級換熱，然后采用水風(fēng)冷卻裝置將乙二醇與水作為冷卻媒介的混合液體的熱量散發(fā)到空氣中，進(jìn)行二次換熱，以達(dá)到冷卻的目的，同時利用乙二醇與水混合液體冰點較低的特點，保證在環(huán)境惡劣的寒冷地區(qū)正常使用。

如圖1所示：絕緣性能和穩(wěn)定性較好的去離子純水作為冷卻介質(zhì)，直接冷卻整流器元件1，然后通過水泵5，在板式換熱器2中與冰點較低的乙二醇和水混合液體進(jìn)行一級熱交換。再用水－風(fēng)冷卻器3將乙二醇和水混合液體與大氣進(jìn)行二級換熱，最終將整流器的熱量擴(kuò)散至空氣中。為保證進(jìn)、回水的溫度滿足整流器運行要求，在進(jìn)、回水管路上安裝有溫度信號傳感裝置8。

安裝在供水管路上的壓力信號傳感裝置7用來監(jiān)測管道內(nèi)壓力是否異常，是否有漏水。為了方便維修管路和各個設(shè)備，在水泵的進(jìn)出水口、板式換熱器的進(jìn)出水口安裝有閥門6。為了保證去離子純水的質(zhì)量，還安裝有電導(dǎo)率傳感裝置9用來檢測純水的質(zhì)量，離子交換器4用來去除純水中少量的帶電離子。

3 結(jié)語

通過在現(xiàn)場實際應(yīng)用取得的效果，兩級換熱冷卻系統(tǒng)很好的解決了現(xiàn)有冷卻裝置存在的問題。本冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點是：

①解決了傳統(tǒng)的整流裝置水風(fēng)冷卻裝置在寒冷地區(qū)室外風(fēng)冷換熱裝置在停電或者檢修情況下結(jié)凍問題；②解決了傳統(tǒng)的整流器水水冷卻器需要一個集中循環(huán)冷卻泵房，在集中循環(huán)冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致整流所全部停電的缺陷。③去離子純水在一個密閉的環(huán)境中循環(huán)運行，保證了純水的質(zhì)量，減少了純水的損耗。④解決了傳統(tǒng)的整流器水風(fēng)冷卻裝置因添加防凍液腐蝕整流器元件的問題。

[1]沈陽鋁鎂設(shè)計研究院電力室．硅整流所電力設(shè)計[M]．冶金工業(yè)出版社，1983.

[2]莊?。畵Q熱技術(shù)及其工程應(yīng)用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.07.

[3]黃大華，張偉，等．電解鋁用超大功率整流器設(shè)計[J]．電源應(yīng)用技術(shù)，2000.3卷.