【摘要】 針對泉州閩光動(dòng)力廠(chǎng) 30MW 、 38MW 余能發(fā)電高壓變頻器冷卻方式進(jìn)行改造，采用循環(huán)水作為冷卻水在空水冷系統，設計具有特色，安全性能高，運行方式靈活，環(huán)保節能。
前言
目前，作為節能降耗主要產(chǎn)品的高壓變頻設備已經(jīng)在發(fā)電、化工、冶金、礦山等領(lǐng)域得到了廣泛應用，并發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。高壓變頻器的效率一般可達 95%~97% ，其余以熱量的形式耗散掉。這些熱量直接影響著(zhù)電子元器件的壽命及設備運行的可靠性。目前廣泛使用的變頻器室冷卻方式主要是風(fēng)道開(kāi)放式冷卻和空調密閉冷卻方式，兩者在實(shí)際應用中都存在一定的弊端，前者積灰嚴重，變頻器故障率高；后者耗電量大，后期維護成本高。利用風(fēng)道將設備散出的熱風(fēng)通過(guò)水冷換熱器濾熱冷卻后再進(jìn)入室內冷卻器件，這種循環(huán)用風(fēng)的冷卻方法叫做空水冷。
泉州閩光動(dòng)力廠(chǎng) 30MW、38MW 余能發(fā)電系統變頻器安裝時(shí)，采用空調密閉冷卻方式。日常運行時(shí)，變頻器小室內被抽成負壓狀態(tài)。雖然變頻器室出風(fēng)口加裝了濾網(wǎng)，但外界灰塵仍大量進(jìn)入變頻器室，日常人工維護量大，設備運行溫度較高。因此為改善變頻器運行環(huán)境，根據現場(chǎng)實(shí)際情況，對高壓變頻器的冷卻方式進(jìn)行了改造，利用循環(huán)水作為水源，采用空水冷換熱器，不用另外設計水塔，真正做到了環(huán)保、節能、高效。本次改造由三鋼勞服設計安裝，動(dòng)力廠(chǎng)和勞服公司聯(lián)合調試。
1 改造方案
1.1 空水冷系統工作原理
空水冷系統主要是由變頻器室內冷熱分區、軸流風(fēng)機、換熱器三部分組成。變頻室內冷空氣在變頻器柜頂風(fēng)機的作用下進(jìn)入變頻器內，冷卻電氣各元件，由柜頂風(fēng)機排出至熱風(fēng)區，熱風(fēng)在柜頂風(fēng)機和空水冷裝置內軸流風(fēng)機的作用下，經(jīng)過(guò)空水冷換熱器，換熱器的水管中流入溫度低于30℃冷卻水，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)換熱后，將熱量傳遞給冷水，其熱量被循環(huán)冷卻水帶走。熱風(fēng)變成冷風(fēng)從由柜內風(fēng)機吹出，送到安裝變頻器的封閉室內，循環(huán)往復。原理如圖 1 所示。
由于高壓變頻器滿(mǎn)載運行效率為 96%-98%，一般情況下可按其所帶負荷額定容量的4%進(jìn)行估算，并預留 20%余量，900kW 變頻器的發(fā)熱量為：900×4%×1.2=43.2kW；500kW 變頻器的發(fā)熱量為：500×4%×1.2=24kW；450kW 變頻器的發(fā)熱量為：450×4%×1.2=21.6kW；所以選擇空水冷設備的冷量為：900kVA 變頻器配置 1 臺空水冷設備，每臺空水冷冷量為 40kW；500kVA 變頻器配置 1 臺空水冷設備，每臺空水冷冷量為 30kW；450kVA變頻器配置 1 臺空水冷設備，每臺空水冷冷量為30kW。
（2）冷卻風(fēng)量的選擇
其中：L 為總送風(fēng)量，單位 L/s；Qs 為制冷量，單位 W；T 1 -T 2 為溫差，單位℃；1.23 為系數，等于 1.2（1.0006+1.84W）由于高壓變頻器自帶排風(fēng)機，風(fēng)量已由變頻器廠(chǎng)家制定，依據變頻器廠(chǎng)家提供數據，結合現場(chǎng)情況，留出適當余量來(lái)配備冷卻設備的風(fēng)量，單臺 900kVA、500kVA、450kVA 變頻器風(fēng)量約為：10000m 3 /h；所以選擇空水冷設備的風(fēng)量為：?jiǎn)闻_ 900kVA、500kVA、450kVA 變頻器配置1 臺空水冷設備，每臺空水冷風(fēng)量為 10000m 3 /h；
（3）冷卻水量的選擇
根據制冷量計算冷卻水流量公式為：
（4）空水冷設備參數及配置。
空水冷設備參數及配置見(jiàn)表 2。
（5）冷卻水管道的設計與安裝如圖 2 所示，冷卻水來(lái)取自廠(chǎng)內循環(huán)水管道中，水溫#高 33℃，可供抽取的#大水量為 340t/h，水壓 0.1MPa。循環(huán)水引到一用一備的冷卻水泵中，經(jīng)加壓后進(jìn)入冷卻母管分配到各冷卻器，由冷卻器出來(lái)的熱水回到冷卻塔。冷卻水進(jìn)水母管管道采用無(wú)縫鋼管，架空布置；回水母管用螺旋焊管，地下埋設引至循環(huán)水冷卻塔。
2 生產(chǎn)中應用總結
2.1 系統運行方式靈活，可靠性高
（1） 增壓水泵采用經(jīng)濟的變頻方式運行，根據不同季節的水溫，調整頻率運行，冬季時(shí)甚至可以停泵，節能效果顯著(zhù)。備用泵處于備用時(shí)，頻聅hou遠僭誦斜悶德�，当哉b斜錳�，壁M帽昧舳�，频聅hou遠又獵誦斜錳⑹逼德�，安全可靠性高�?/div>
（2）每組冷卻器可實(shí)現好立控制啟停，多臺冷卻器的設計在提高了運行可靠性的情況下，同時(shí)可根據季節特點(diǎn)、變頻器負荷高低，靈活選擇冷卻器運行臺數，在保證變頻器運行環(huán)境溫度的情況下實(shí)現節能目的。
（3）當冷卻器換熱器故障或冷卻水系統故障無(wú)法運行時(shí)，可以將換熱器上部人孔打開(kāi)，在換熱鋼管上部用蓋板封堵，然后把換熱器下部冷風(fēng)區各人孔門(mén)打開(kāi)，這樣熱風(fēng)排出裝置，大氣溫度的自然風(fēng)經(jīng)風(fēng)機鼓入變頻器室內，使原來(lái)的閉式循環(huán)變?yōu)殚_(kāi)式自然風(fēng)循環(huán)。此方法在運行中已經(jīng)得到實(shí)踐，在正常運行工況下完全滿(mǎn)足變頻器的冷卻要求。
2.2 系統運行安全、環(huán)保
整個(gè)系統的運行既不會(huì )受到其主要運用場(chǎng)合環(huán)境的影響，也不會(huì )對周?chē)h(huán)境產(chǎn)生新的污染。冷卻風(fēng)在裝置構成的密封空間中循環(huán)流動(dòng)，進(jìn)行熱交換的空氣能夠保持其潔凈度、不受外界環(huán)境污染。冷卻水采用廠(chǎng)內循環(huán)水，吸收熱量后排入廠(chǎng)內已有的冷卻塔，重復使用。冷卻系統換熱裝置設置在變頻器室外，而不是高壓室內，可以避免因水管破裂漏水從而危及高壓設備運行安全的事故發(fā)生，安全可靠。
2.3 系統運行高效、節能
換熱器采用高質(zhì)量紫銅管，能克服普通銅管易被循環(huán)水腐蝕的缺點(diǎn)，設計換熱面積大，換熱效果好，室內溫度也完全符合變頻器運行要求。換熱裝置設計有鋼管泄漏檢測報警及泄漏水自動(dòng)排出功能，運行高效、可靠。裝置結構簡(jiǎn)單、實(shí)用，安裝、使用和維護方便，無(wú)須對現有的高壓變頻設備進(jìn)行大規模的技術(shù)改造。
3 改造效果分析
3.1 空水冷密閉冷卻與傳統柜機空調節能對比
進(jìn)行空水冷改造后，按每個(gè)變頻器室配備兩組冷卻器，共 6 組冷卻器。每組冷卻器的額定制冷量為 60kW，6 組冷卻器總制冷量為 360kW，按照夏季#極端的氣溫條件考慮，空冷器全部冷卻風(fēng)機運行，增壓泵額定出力工作，則每小時(shí)耗電量為 58kW，能效比為 6.2。如果使用傳統的柜機空調進(jìn)行冷卻，達到同樣 360kW 的制冷量，則需要 10P 的空調 15 臺，小時(shí)耗電量 110.25kW，能效比為 3.3。按照工業(yè)用電價(jià)格 0.9 元/度，則空調冷卻方式運行成本為 4763 元/天，空水冷冷卻方式運行成本為 2526 元/天，是空調冷卻成本的53%。
實(shí)踐證明，系統增壓泵只需要在 7、8、9 月份的高溫天氣使用，其他月份均可以降低頻率，甚至停用，在不使用增壓泵的情況下，成本可降低到空調冷卻成本的 33%；
綜合各個(gè)季節特點(diǎn)的不同運行方式，與采用空調冷卻方式相比較，每年可節約成本 60 萬(wàn)以上。從長(cháng)周期應用比較，通�？账湎到y的使用壽命是空調設備的 5～8 倍，且空調后期的維護費用較大，因此單維護費用一項節約的費用也非�？捎^(guān)。
3.2 改善運行環(huán)境，提高了變頻器工作可靠性
采用開(kāi)放自然風(fēng)循環(huán)冷卻方式日常運行時(shí)，雖然變頻器小室及柜體進(jìn)風(fēng)口加裝了濾網(wǎng)，但細灰仍大量進(jìn)入變頻器內，功率單元內積灰嚴重，變頻故障率高，#高時(shí)達 12 起/年；改造后，變頻器工作環(huán)境與外界隔離，積灰非常少，只需停運檢修時(shí)進(jìn)行集中清理。
3.3 冷卻效果理想，變頻器發(fā)熱得到控制
由于采用了密閉循環(huán)方式，環(huán)境干凈，取消了柜體濾網(wǎng)，變頻器元件表積灰少，熱量被迅速帶走，變頻器能夠始終在低于環(huán)境溫度的條件下工作，實(shí)測變頻器變壓器及功率單元柜體溫度下降 5℃，冷卻效果良好。
4 結束語(yǔ)
實(shí)踐證明，在進(jìn)行空水冷密閉冷卻改造后，
論是從應用性能，還是從經(jīng)濟性考慮，都取得了顯著(zhù)效果。系統具有簡(jiǎn)單經(jīng)濟、高效節能、安全環(huán)保的特點(diǎn)；變頻器工作溫度降低，工作環(huán)境極大改善，大大降低了故障率，延長(cháng)了使用壽命，避免因故障造成的損失，經(jīng)濟效益顯著(zhù)，具有非常大的推廣意義。
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