密闭式纯水冷却系统的设计与应用

密闭式纯水冷却系统的设计与应用

刘洋

荣信汇科电气股份有限公司，辽宁鞍山 114000

摘要：密闭式纯水冷却系统，提供恒定压力和流速的冷却介质，源源不断的流经换热器进行热交换，散热后再进入被冷却器件带走热量，温升水回至高压循环泵的进口。根据热负荷的变化，PLC根据供水温度的高低来控制进入换热器的冷却水流量，从而达到系统精确控制温度的要求。

Astract：The closed pure water cooling system provides a cooling medium with constant pressure and flow rate, which continuously flows through the heat exchanger for heat exchange, and then enters the heat taken away by the cooling device, and the temperature rise water returns to the inlet of the high-pressure circulating pump.According to the change of heat load, PLC controls the flow of cooling water into the heat exchanger according to the level of water supply temperature, so as to achieve the requirements of accurate temperature control of the system.

关键词：密闭、热交换、自动控制、吸收热量大

Keywords：Closed,heatexchange,automaticcontrol,heatabsorption

1引言

为适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，系统中各机电单元及传感器由PLC自动监控运行，通过主控制器远程操控水冷系统。

2水冷系统物理结构组成

1）主循环回路

由主循环泵升压后，冷却介质经换热器散热后流向被冷却器件。PLC根据供水温度信号调节电动三通阀阀位，控制进入换热器的冷却介质流量，达到精确控制冷却介质温度的目的。

2）主循环泵

提供密闭循环流体动力，高速离心叶片泵采用机械密封，接液材质为不锈钢。

3）主回路机械过滤器

防止冷却介质在快速流动中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入被冷却器件，在主循环回路设置机械过滤器。.

4）电加热器

电加热器置于主循环回路。主要用于当供水温度接近凝露温度时对冷却介质进行温度补偿，防止凝露。

5）电动三通阀

调节流经换热器的冷却水流量的比例，用于冬天温度低及被冷却器件低负荷运行时的冷却水温度调节，避免冷却水温度过低。

6）去离子回路

去离子回路并联于主循环回路。通过对冷却介质中离子的不断脱除，达到长期维持极低电导率的目的。

8）氮气稳压系统

氮气稳压系统由缓冲罐、补气系统、排气系统及补水系统组成。当水冷系统的冷却介质体积变化时，氮气自动扩张或收缩，以保持冷却介质的充满，对管路冷却介质的电导率指标的稳定起着重要的作用。

9）缓冲罐

缓冲罐配置可视液位装置，并设置低液位和停泵液位控制点，当液位到达低液位时，发出报警信号，提示操作人员手动补水；当液位到达停泵液位时，系统不能补水。

10）补水装置

主要包括补水箱和补水泵。补水箱配置可视液位计，系统缺水，可以自动补水。

11）管路及冷却介质

现场管道安装采用厂内预制、现场装配形式，以确保质量、安全和施工的快捷。管道系统的最高位置设有自动排气阀，能自动有效的进行汽水分离和排气，保证最少的液体泄漏。

12）二次冷却散热器

为了实现循环水的冷却，在室外设置空气散热器。通过换热管束和冷却风机的作用，将热量传递给大气。

3水冷系统电气回路组成

1）一次回路

主循环回路的主循环泵、电加热器等，设就地状态显示灯，指示当前运行状态，提供对泵的短路、过流和缺相保护。

2）二次回路

控制回路采用基于PLC编程的控制保护系统，从而实现：对水冷系统的监控与保护、工作状态上传给主控制器、对水冷系统的远程控制。

3）控制电源

控制电源：控制电源的EMC设计在进线电源回路设置EMI滤波元件，抑制电源输入中的杂波，保证控制和保护系统在干净的电源条件下安全可靠地工作。

4主要控制元件配置与特点

1）PLC

实现水冷系统的采样、监控及通讯功能。

2）采样仪表

现场指示(无输出)、开关量信号、4～20mA线性信号。PLC接收现场变送器4～20mA信号并显示在线值。

5操作模式

水冷控制系统操作分为手动模式、自动模式两种模式，通过触摸屏选择。

1）手动模式

处于手动操作模式时，可以通过触摸屏启动/停止主循环泵、等设备。手动模式运行一般在系统检修维护及调试时采用。

2）自动模式

在自动模式下：接受就地启动指令或远程启动指令后，水冷系统自动启动，并根据预设参数监控水冷系统的运行状况和检测系统故障。

6人机界面

1）控制柜显示灯

运行显示灯：主循环泵、电加热器、补水泵。

报警显示灯：预警、跳闸。

2）触摸屏

触摸屏可实时显示水冷系统各监控参数，可就地操作及设定参数，可实时显示报警信息。

7控制逻辑

1）主循环泵

主循环泵采用一用一备的配置方式，主循环泵只接受上位机发出的停止命令，水冷系统不能自行决定停运；

当系统检测到循环冷却水流量低、供水压力低、工作泵故障并发出报警信号时，切换至备用泵运行。

2）补水泵

用来系统缺水的情况下，可以手动补水，也可以自动补水。

3）电动三通阀逻辑

供水温度通过PLC对三通阀的开关来进行控制。电动三通阀的阀门开度由PLC控制，通过控制电动三通阀的阀门开度大小来调节流经换热器的流量。

4）风机控制逻辑

空气散热器采用变频器控制，采用先启先停依次轮换的启停方式。控制系统将供水温度信号传至PLC，并对冷却风机的转速和启停数量进行调节。

5）仪表故障

仪表故障逻辑说明：变送器异常，发出报警信号，在触摸屏上显示“**仪表故障,请检查”并上传至上位机。

8远程传输（通讯）

对实时性要求较高的远程控制信号和水冷系统报警信号，水冷系统通过开关量接点与被冷却器件监控系统进行通讯；对信息量较大的在线参数、设备状态监测及水冷系统报警信息通过双方协定的通讯方式与上位机通讯。

1）开关量输入节点

启动水冷系统，停止水冷系统，被冷却器件（阀体）投运

2）开关量输出节点

预警（系统轻微故障，但不影响被冷却器件和水冷系统的运行）；跳闸（危害被冷却器件运行的工况，包括电源掉电、泄漏等，主控制器收到信号后应立即停运被冷却器件）；请求停水冷（危害水冷系统运行的工况。上位机收到该信号后停运被冷却器件，被冷却器件完全停运后需停运水冷）；控制系统故障；水冷系统运行/停运；水冷系统远方自动启动。

3）远程启停

远程启动水冷命令为保持节点。远程启动水冷后一直保持闭合,直到有停止水冷命令时断开；停止水冷命令应为一延时断开接点，延时时间宜为2秒钟，防止有干扰脉冲误停水冷。

4）实时运行参数

供水流量、供水温度、回水温度、供水压力、主循环泵进口压力、缓冲罐压力、冷却水电导率、缓冲罐液位、阀厅温度、阀厅湿度等。

5）状态量

各主要机电单元状态均应在上位机水冷流程图上显示。

9参考文献:

[1]StaticVarCompensator(STATCOM)BasedonSingle-phaseChainCircuitConverters.AinsworthJD,DaviesM,FitzPJ,etal.IEEProc--Gener,Transm&Distrib.1998

[2]STATCOM:aNewEraofReactiveCompensation.HansonDJ,WoodhouseML,HorwillC,etal.PowerEngineeringJournal.2002

[3]SVG控制系统的稳定性研究[J].程汉湘,尹项根,刘建.电力自动化设备.2004(04).

DL/T1010.1-2017高压静止无功补偿装置第1部分:系统设计

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