用于VBE系统的降温装置的制作方法

本发明涉及高压直流输电控制系统领域，尤其涉及一种用于vbe系统的降温装置。

背景技术：

vbe系统(valvebaseelectronics)是高压直流输电换流阀系统的控制系统，简称“阀控系统”。高压直流输电中，vbe系统承担着直流极控系统和换流阀之间“桥梁”的作用，通过vbe系统来实现极控控制信号的下发，实现换流阀监视信号的反馈，最终实现换流阀的控制功能，从而完成高压直流输电的控制。现有vbe系统中，每套系统有3个屏柜，每个屏柜中有2个vbe层架，如图1所示，a1～a6即为一套vbe系统中的6个vbe层架。每个层架有2块cpu板、6块光发射板、12块光接收板、1块编程板、2块rpu板构成。

目前vbe系统主要存在以下问题：

(1)vbe系统散热效果差

vbe系统屏柜在设计之初，仅在屏柜前后设置散热风扇，并在屏柜内部层架间设置导流板引导风向流动进行散热，屏柜内部层架间并无其他散热设备，因此整套系统散热效果有限。

(2)光发射板故障率高，严重影响直流电网运行。

统计发现，vbe系统中故障率最高的板卡为光发射板，故障原因主要长时间处于高温运行状态零件寿命缩短，虽然在设计时为“三取二”冗余，一旦发生单块光发射板卡故障，设备变失去冗余，运行风险增加，因此需及时对其进行更换处理。但带电作业更换光发射板的过程风险较高，一般采用降低直流功率或直流停电对其进行更换，因此光发射板的故障对直流电力功率的输送造成严重影响。

因此vbe系统中光发射板故障频繁，不仅给直流输电运维带来极大麻烦，也给直流输电稳定运行造成非常大的影响。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种用于vbe系统的降温装置，主要解决vbe系统中光发射板发热量巨大而导致直流电网故障的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于vbe系统的降温装置，光发射板上所设的mos管表面安装有散热器，所述散热器由水道串接，相邻的三块所述光发射板的水道串接起来，所述水道的头尾分别形成进水管路和出水管路，屏柜底部设有散热箱，所述进水管路和出水管路贯穿所述屏柜的底部进入所述散热箱，并分别连接到进水汇流管和出水汇流管，所述进水汇流管的一端和出水汇流管的一端连接起来，所述进水汇流管的另一端通过散热管连接到泵组的输出端，所述出水汇流管的另一端通过散热管连接到所述泵组的输入端，所述散热箱的两侧箱壁设有通风孔，散热箱的箱壁正面设有风扇。

在一些实施方式中，所述散热器为金属贴片或导热硅胶片。

在一些实施方式中，所述散热器的内部采用连续的s型水道。

在一些实施方式中，所述散热器的外表面涂抹绝缘胶。

在一些实施方式中，所述散热管为翅片盘管或铜制盘管。

在一些实施方式中，所述泵组包括至少两个水泵，两个所述水泵的输出端并联后连接到进水汇流管，两个所述水泵的输入端并联后连接到出水汇流管。

在一些实施方式中，所述风扇至少设有两个。

本发明的有益效果为：

1.散热器直达光发射板内部，直奔产生大量热量的“元凶”mos管，从根本上解决光发射板发热问题，相比起vbe原生系统仅有的屏柜风扇进行散热，vbe系统使用本发明后散热效率得到根本性提高。同时，通过各组件的有效降温可延长光发射板使用寿命，大幅减少该类备品备件采购次数及数量，节省支出，可有效减少直流输电系统年度停电小时数，增强直流输电稳定性，增强居民及工业用电稳定性。

2.散热器的内部采用连续的s型水道，增大了水道和散热器之间的接触面积，提升散热效果。

3.散热管为翅片盘管或铜制盘管,增大了散热管和空气之间的接触面积，提升散热效果。

4.风扇和水泵均为两只以上，增强了风扇和水泵的冗余度，增强vbe系统运行稳定性。

附图说明

图1为vbe系统的主视图；

图2为本发明用于vbe系统的降温装置的立体图；

图3为图2沿b线范围内的局部放大图；

图4为本发明光发射板的立体图；

图5为图4沿a线范围内的局部放大图；

图6为本发明散热箱内部结构的立体图；

图7为本发明泵组和散热管的立体图。

其中：1-屏柜，101-光发射板，102-层架，2-mos管，3-散热器，4-水道，5-进水管路，6-出水管路，7-散热箱，8-进水汇流管，9-出水汇流管，10-散热管，11-泵组，111-输出端，112-输入端，12-通风孔，13-风扇。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

研究发现，在vbe系统正常运行期间，通过红外测温发现层架102外部光发射板101附近温度在50℃以上，甚至有的测温点温度高达70℃，vbe系统层架102中光发射板101发热量最大，更具体地，发现光发射板101上的mos管2发热量最大，从而导致光发射板101在长时间运行后，内部元器件损耗加快，故障发生率变高。

根据图2-7所示,本实施例提出了一种用于vbe系统的降温装置，光发射板101上所设的mos管2表面安装有散热器3，所述散热器3由水道4串接，相邻的三块所述光发射板1的水道4串接起来，所述水道4的头尾分别形成进水管路5和出水管路6，屏柜1底部设有散热箱7，所述进水管路5和出水管路6贯穿所述屏柜1的底部进入所述散热箱7，并分别连接到进水汇流管8和出水汇流管9，所述进水汇流管8的一端和出水汇流管9的一端连接起来，所述进水汇流管8的另一端通过散热管10连接到泵组11的输出端111，所述出水汇流管9的另一端通过散热管10连接到所述泵组11的输入端112，所述散热箱7的两侧箱壁设有通风孔12，散热箱7的箱壁正面设有风扇13。散热器3直达光发射板101内部，直奔产生大量热量的“元凶”mos管2，从根本上解决光发射板101发热问题，相比原有系统仅有屏柜风扇进行散热，散热效率得到根本性提高。同时，通过有效降温，可延长光发射板101使用寿命，大幅减少该类备品备件采购次数及数量，节省支出，可有效减少直流输电系统年度停电小时数，增强直流输电稳定性，增强居民及工业用电稳定性。

从图2、图3可见，所述屏柜1上安装有两个层架102，每个所述层架102上都有六块光发射板101，每块光发射板101上有六个mos管2。由于每三块光发射板101作为一组共同运行的缘故，所述进水管路5从位于左边第一块光发射板101的上部进入，继而水道4将六个安装在mos管2上的所述散热器3串接起来，最后水道4从左边第一块光发射板101的下部贯穿而出，同理，水道4继续进入第二块和第三块光发射板101，然后通过出水管路6将从mos管2吸收的热量带走，通过与图3、图4相结合，并且通过图中的箭头指向，可以很清楚地得知水道4是如何将相邻三块的光发射板101进行串接的；同理，图3左起第四到六块的光发射板101的水道4排布也和前三块光发射板101的水道4排布相同，最终每一个层架102都会延伸出两条进水管路5和两条出水管路6，两个层架102则会有四条进水管路5和四条出水管路6(共八条)进入到所述散热箱7，水流于散热箱7内进行散热并循环，而上述的四条进水管路5和四条出水管路6经过屏柜1的前部进入到屏柜1的内部，再从屏柜1的内部进入到所述散热箱7。当然，其中，水道4的排布方式可以灵活变通，譬如开始从左起第三块光发射板101进入，再从左起第一块光发射板101贯穿而出。所述进水管路5和出水管路6于屏柜1内部的走向并非重点，故不作具体描述。当三块光发射板101的其中一块出现故障的时候，其余两块也能够正常工作，而采用每三块光发射板101为一组的冷却策略的原因在于，假设将六块光发射板101的水道4一次性地串联，那么在极端状态下，水流极有可能在第三或第四块光发射板101处的温度就会升得很高，接下来要经过的光发射板101则有可能没有得到很好的降温效果。

从图4、图5可见，所述光发射板101上设有一排连续六个的mos管2，六个所述mos管2通过散热器3以及水道4的连接彼此之间成为串接关系，再结合三块光发射板101的串接关系，可以得知本发明一条水道4承担了3*6＝18个mos管2的散热责任，水道4中的水温上升得很快，过多的串接令到降温能力下降，而过少的串接则令到设备内部的单条水道4过多，经试验，水道4串接18个mos管2时散热效果与水道设置数量较均衡。

所述散热器3可以是任何导热性能优秀的材料，能够快速地将所述mos管2上的热量迅速吸收的材料，优选地，所述散热器3为金属贴片或导热硅胶片。更进一步地，所述金属贴片为密封式，能够防止金属贴片渗水，所述金属贴片的尺寸与mos管2的尺寸相当，使其紧密贴于mos管2之上，增大了所述金属贴片和mos管2之间的接触面积。所述水道4为不锈钢，不锈钢的导热性能优秀，而且不会锈蚀、材料性质稳定，不容易出现故障。通过金属贴片式设计的散热器3，迅速将光发射板101中发热最高的mos管2的热量带走，有效降低光发射板101的运行温度，使其可以长期运行于最佳温度区间，增强光发射板101运行稳定性。

所述散热器3的内部采用连续的s型水道。目的为增大水道4和散热器3之间的接触面积，提升散热效果。

所述散热器3的外表面涂抹绝缘胶，一方面增强散热器3的稳定性，另一方面防止散热器3与层架2中其他板卡发生绝缘距离不足而放电问题。

所述散热管10为翅片盘管或铜制盘管。目的为增大散热管10和空气之间的接触面积，提升散热效果。翅片盘管和空气之间的接触面积更大，而单纯以材质论述，则铜制盘管的散热能力更强，技术人员可以自行选择合适的盘管。

由图7可以看出，进水汇流管8和出水汇流管9的直径要比进水管路5和出水管路6的直径要大，起汇流的作用；进水汇流管8和出水汇流管9为直线或曲线状的不锈钢管，设置角度与地面平行，所述进水汇流管8和出水汇流管9对水流汇集、缓冲，使所有管路中内冷水更加稳定、均匀。

所述泵组11包括至少两个水泵，两个所述水泵的输出端并联后连接到进水汇流管8，两个所述水泵的输入端并联后连接到出水汇流管9，两个所述水泵的参数应当尽量一致，两个水泵正常工作时以一半的额定功率运行，当其中一只水泵出现故障后，另外一只水泵以额定功率运行。泵组11内的水泵数量还可以根据需求继续增加，以增强水泵的冗余度，增强系统运行稳定性。

所述风扇13至少设有两个，两个所述风扇13的参数应当尽量一致，两个风扇13正常工作时以一半的额定功率运行，当其中一只风扇13出现故障后，另外一只风扇13以额定功率运行。风扇13数量还可以根据需求继续增加，以增强风扇13的冗余度，增强系统运行稳定性。

工作原理：所述泵组11的输出端111通过散热管10连接到进水汇流管8，并且向进水汇流管8输送冷水，所述进水汇流管8的冷水进入到所述进水管路5，进水管路5内的冷水由于水泵压力的作用持续进入到散热器3，所述散热器3将mos管2上的大量热量吸收，水流通过水道4将六个串接的散热器3的热量带走，水温升高，然后水流同样地通过水道4带走另外两块光发射板101上共十二个散热器3的热量，出水管路6将热水输送到出水汇流管9，所述出水汇流管9通过散热管10以及输入端112回到泵组11，形成水循环。水循环期间，旋转状态的风扇13产生气流将散热管10的热量从散热箱7排出，同时从散热箱7两侧箱壁的通风孔12补充空气，保持散热箱7内外气压一致。

一次完整的水循环，完成两次热交换，第一次热交换发生在散热器3与mos管2之间，由散热器3将热量带进内循环的水中，第二次热交换发生在散热箱7中，由风扇13将散热管10中的热量带至大气中，通过两次热交换将vbe系统光发射板101的内部热量带走。封闭水源不断循环，完成vbe系统中光发射板101的连续散热，从而使板卡运行在最佳温度区间内，保障板卡内部元器件的稳定。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。