塔底主动风‑水耦合冷却系统的制作方法

本发明涉及一种陆上大功率风力发电机组塔底冷却系统，特别涉及一种塔底主动风-水耦合冷却系统。

背景技术：

随着风力发电技术的迅猛发展，陆上风力发电机组发电功率逐步增高，机组运行过程中产生的热量也会逐步提升，其中变频器、箱变是塔底主要发热源。如何确保塔底热源高效排除塔外已成为确保风机正常运行的关键问题之一。

对于风力发电机组，传统塔底冷却形式存在风冷和水冷两种形式，对双馈型变频器，当容量达到2.5mw以内，全功率变频器容量达到1.5mw以内，通常采用风冷形式对塔底热源进行冷却。当容量大于上述值之后，由于发热量大，风冷形式已无法满足散热需求，故通常采用水冷形式。

上述传统冷却方式存在各自缺陷，对于风冷形式，整个变频器都采用风冷形式，包括变频器内部的功率模块、电抗等，由于风冷形式的散热能力差，而功率模块的热流密度大，因此随着变频器功率等级的提升，风冷形式将难以满足功率模块等器件的散热，严重影响功率模块的性能与使用寿命。因此，随着功率等级的提升，水冷形式成为主流散热方式，目前大功率的变频器内部，功率模块、电抗等大热流密度的器件普遍采用水冷形式，水冷形式虽然可以满足散热需求，但可靠性较差（如夜冷系统易发生渗漏、管路易腐蚀等）、成本高和维护难度大。

目前，大容量机组已成为陆上机组的主流，对冷却系统的要求越来越高。传统最容易设计的风冷形式中变频器散热已无法完全由塔筒的烟囱效应带走。对于大功率的变频器，由于其发热量大，烟囱效应难以有效的带走塔底热量，势必导致塔底与变频器过温。而水冷本身的高成本和维护难又面临着市场的考验。

技术实现要素：

本发明是针对陆上大功率风电机组塔底冷却散热瓶颈、风电行业降本要求高的问题，提出了一种塔底主动风-水耦合冷却系统，为散热效果好、可靠性高、成本低的塔底冷却系统，适用于陆上大容量风电机组。

本发明的技术方案为：塔底主动风-水耦合冷却系统，塔底开通风孔，塔筒侧壁开孔，加装主动排风装置形成整个系统从下向上的风冷循环，发热器件位于高处，发热器件带水冷循环，风冷循环和水冷循环对发热器件进行耦合冷却。

所述塔底主动风-水耦合冷却系统，变压器和水冷柜位于塔筒塔底，塔筒门进风口位于塔底，变频器位于塔筒二层平台上或以上，水冷散热单元位于塔筒外，塔筒侧壁开通风孔并加装排风扇，塔筒塔底一层平台下面塔底部加开通风孔；

主动风冷循环中，塔底通风孔和塔筒门进风口吸入塔外冷空气，经变压器自带风扇将部分冷空气吸入变压器中对变压器进行冷却，变压器出口处空气与未进入变压器中的冷空气进行混合，混合之后的空气被变频器自带风扇吸入变频器中，对变频器中风冷模块进行冷却，被加热的空气排出变频器之后，再由塔筒侧壁的开孔与排风扇排出室外，完成主动风冷循环；

水冷冷却循环中，高温冷却液经过水冷柜中泵站先输送到水冷散热单元进行冷却，被冷却的水冷液通过水冷柜进入变频器之后，对变频器中的水冷模块进行冷却，被加热的水冷液，经过泵站再次输送到塔外水冷散热单元进行冷却，完成循环。

所述变频器中大热流密度器件位于独立柜体中，其他器件位于另一个柜体中，大热流密度器件带水冷模块，整个变频器带风冷模块。

所述大热流密度器件带水冷模块，水冷模块为穿过大热流密度器件内部的水管路，通过塔外水冷散热单元与进出水管路对大热流密度器件的进行水冷冷却。

所述风冷模块包括开孔和风扇，通过在变频器两个柜体底部开孔，两个柜体上部两边的风扇引入外部新风通过整个变频器内部，对变频器内部其他器件及大热流密度器件进行风冷冷却，冷却完的空气由风扇排出。

本发明的有益效果在于：本发明塔底主动风-水耦合冷却系统，通过在塔筒底部加装主动风冷装置，实现塔筒底部主动风冷循环，通过塔底水冷循环实现水路循环。主动风冷装置用于实现对塔底箱变、变频器等部分热源的温度控制，水冷循环用于对变频器等中大发热量部件温度进行控制，风-水耦合冷却循环相互结合实现对塔底环境温度与湿度的精确控制。塔底风-水耦合冷却系统充分利用风冷系统运行稳定、成本低，水冷系统冷却效果好的优点，将二者有效结合，该系统对于提升陆上大功率风力发电机组运行可靠性、降低成本有着十分重大的意义。

附图说明

图1为本发明塔底主动风-水耦合冷却系统工作原理图；

图2为本发明变频器内部冷却系统结构示意图；

图3为本发明变频器俯视图。

具体实施方式

塔底主动风-水耦合冷却系统包括主动风冷冷却循环，水冷冷却循环构成，塔底箱变采用主动风冷进行冷却，变频器由主动风冷与塔外水冷进行耦合冷却。通过塔底环境温度控制主动风冷风扇的启停，来实现对箱变、变频器和塔底环境温度的控制。

图1所示为塔底风-水耦合冷却系统的原理图，变压器2和水冷柜3位于塔筒塔底一层平台上，塔筒门进风口7位于塔筒底部，变频器4位于塔筒二层平台上或以上，水冷散热单元6位于塔筒外，塔筒侧壁开通风孔并加装排风扇5，塔筒塔底一层平台下面塔底部加开通风孔1。

主动风冷循环中，塔底通风孔1和塔筒门进风口7吸入塔外冷空气，经变压器2自带风扇将部分冷空气吸入变压器2中对变压器2进行冷却，变压器2出口处空气与未进入变压器2中的冷空气进行混合，混合之后的空气被变频器4自带风扇吸入变频器4中，对变频器4中风冷模块进行冷却，被加热的空气排出变频器4之后，再由塔筒侧壁的开孔与排风扇5排出室外，完成整个主动风冷循环。

水冷冷却循环中，高温冷却液经过水冷柜3中泵站先输送到水冷散热单元6进行冷却，被冷却的水冷液通过水冷柜3进入变频器4之后，对变频器4中的水冷模块进行冷却，被加热的水冷液，经过泵站再次输送到塔外水冷散热单元6进行冷却，完成循环。

图2所示变频器内部冷却系统示意图，包括风冷模块和水冷模块。功率模块滤波器件发热量占总发热量的80%以上，且体积小，热流密度大，称之为大热流密度器件，大热流密度器件8位于独立柜体中，其他器件位于另一个柜体中，由于热流密度大，大热流密度器件8主要采用水冷形式，水冷模块为穿过大热流密度器件8内部的水管路，通过塔外水冷散热单元6与进出水管路12对大热流密度器件8的进行水冷冷却。

余下发热部件采用风冷形式，风冷模块包括开孔11和风扇10，通过在变频器两个柜体底部开孔11，两个柜体上部两边的风扇10引入外部新风通过整个变频器内部，如图3所示变频器俯视图，对变频器内部余下发热部件9及大热流密度器件8进行风冷冷却，冷却完的空气由风扇10排出。

塔底主动风-水耦合冷却系统将现有单一的变频器4冷却方式由单一冷却形式（风冷或水冷）改为主动风-水耦合冷却形式，变频器4中功率套件由水冷循环进行冷却，其余热源由主动风冷循环进行冷却，因为有两种散热方式，可以结合控制，针对不同温度进行散热的组合利用，降低散热方式所用器件会在高负荷下工作，大大降低了器件的维修率。另仅在变频器4功率套件8中使用水冷散热，散热器件结构设计难度降低，并且维护难度同时降低。

塔筒侧壁排风扇5启停由变频器4的进风温度决定。当变频器进风温度达到45℃时，排风扇5启，低于40℃时排风扇5停。