本发明涉及一种电厂海水直流冷却系统，包括设有进水口的进水渠、设有排水口的排水渠、循环水泵、掺混水泵、换热装置和管道，进水渠、循环水泵、换热装置和排水渠依次通过管道连接形成主冷却系统，进水渠、掺混水泵和排水渠依次通过管道连接形成掺混冷却系统，掺混水泵和排水渠之间连接有第一阀门。本发明通过设置主冷却系统和掺混冷系统，经掺混冷却系统直接输送的原海水和主冷却系统输出的温排水在排水渠进行掺混，从而降低温排水排入大海的温度。本发明无需设置冷却塔即可降低温排水进入大海的温度，减少电厂温排水的热污染，且大大减少厂区用地面积，降低初期投资和节省能耗，提高经济效益。