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北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 呂澤玉 一、 引言
在電力、化工、煤礦、冶金等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域要求高壓變頻器有極高的可靠性。影響高壓變頻器的可靠性指標(biāo)有多項，其中在設(shè)計過程中其散熱與通風(fēng)是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。目前高壓變頻器有高-低-高式、元件直接串聯(lián)式、中點箝位多電平式、單元級聯(lián)式等多種方式，一般來講，上述各種方式的高壓變頻器，其效率一般都可達(dá)到96~98%;但由于設(shè)備功率大，在正常工作時，仍要產(chǎn)生大量的熱量。為保證設(shè)備的正常工作，把大量的熱量散發(fā)出去，優(yōu)化散熱與通風(fēng)方案，進(jìn)行合理的設(shè)計與計算，實現(xiàn)設(shè)備的高效散熱，對于提高設(shè)備的可靠性是十分必要的。
高壓變頻器設(shè)備功率較大，4％的功率損耗主要以熱量形式散失在運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中。如果不能及時有效的解決變頻器室的工作環(huán)境溫度問題，將直接危及變頻器本體的運(yùn)行安全；最終因為溫度過高，導(dǎo)致變頻器過熱保護(hù)動作跳閘。為保證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，必須對變頻器及運(yùn)行環(huán)境的溫度控制采取措施。
二、 冷卻方式
通過變頻器工程應(yīng)用經(jīng)驗的積累，針對不同的應(yīng)用環(huán)境現(xiàn)場提供完整的變頻器冷卻系統(tǒng)解決方案。常用的幾種冷卻方式主要包括：⑴ 風(fēng)道開放式冷卻；⑵ 空調(diào)密閉冷卻；⑶ 空－水冷密閉冷卻；⑷ 設(shè)備本體水冷卻；⑸ 上述方式組合冷卻。
1. 風(fēng)道開放式冷卻
1.1冷卻過程
冷風(fēng)經(jīng)變頻室通風(fēng)入口濾網(wǎng)進(jìn)入變頻器，經(jīng)過對機(jī)體進(jìn)行冷卻后，再由變頻器風(fēng)道出風(fēng)口將熱風(fēng)排出。
1.2安裝方式
風(fēng)道開放式冷卻安裝比較簡單，只需在變頻室的墻壁上開兩個通風(fēng)入口，安裝上濾網(wǎng)，然后在變頻器的柜頂風(fēng)罩上向外引出出風(fēng)口風(fēng)道即可，如下圖1所示：
 1.3系統(tǒng)特點
(1)施工簡單，維護(hù)量大；
(2)費(fèi)用低廉；
(3)運(yùn)行穩(wěn)定性依賴于當(dāng)?shù)丨h(huán)境
2. 空調(diào)密閉冷卻
2.1容量選擇原則
按照變頻器的發(fā)熱量和控制室環(huán)境實用面積來選擇空調(diào)的容量。
2.2安裝方式
變頻器室安裝空調(diào)時，要求變頻器控制室空間要盡可能小，并且做好密封，避免夏季室外溫度高帶來的加熱效應(yīng)。空調(diào)的安裝位置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置在變頻器兩側(cè)。具體設(shè)備布局如下圖2所示。
2.3系統(tǒng)特點
(1)急速高效制冷
(2)童鎖功能，防止誤操作
(3)廣角送風(fēng)，室溫均勻舒適
(4)防冷風(fēng)設(shè)計，送風(fēng)舒適
(5)獨(dú)立除濕
(6)低溫、低電壓啟動
(7)室外機(jī)耐高溫運(yùn)轉(zhuǎn)
(8)室內(nèi)密閉冷卻
(9)冷卻功率留有余量
3．空－水冷密閉冷卻
3.1基本原理
空－水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng)，其應(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。其外形及原理如下圖3所示：
 從變頻器出來的熱風(fēng)，經(jīng)過風(fēng)管連接到內(nèi)有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低于33℃的冷水，熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風(fēng)從散熱片吹出，熱量被循環(huán)冷卻水帶走，保證變頻器控制室內(nèi)的環(huán)境溫度不高于40℃。
安裝空冷器要求必須在密閉環(huán)境中，為了提高冷卻效果，安放設(shè)備的空間盡可能小。流入空冷器的水為工業(yè)循環(huán)水，為保護(hù)設(shè)備，要求循環(huán)水的PH值為中性，且無腐蝕損壞銅鐵的雜質(zhì)，進(jìn)水的水壓一般為0.2～0.3Mpa，進(jìn)水溫度≤33℃。
空冷器的維護(hù)簡單易行，一般半年維護(hù)1次，進(jìn)行冷卻管道沖洗。
3.2施工安裝
單套系統(tǒng)一臺變頻器配備兩臺空冷器；單臺故障時，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。具體設(shè)備布局如圖4、5所示。空冷器的安裝位置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置在變頻器正面或背面。
圖4
圖5 假如現(xiàn)場供水量不足，為適應(yīng)現(xiàn)場情況，還可提供獨(dú)立的冷卻水系統(tǒng)方案。該方案在現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加獨(dú)立的機(jī)力冷卻塔、水處理裝置、增壓泵站等設(shè)備，滿足現(xiàn)場設(shè)備變頻改造項目獨(dú)立冷卻的要求，同時還可為現(xiàn)場工業(yè)冷卻水系統(tǒng)保留一定的冷卻水量為現(xiàn)場今后增加設(shè)備提供相應(yīng)的冷卻水量裕度。
圖6：升壓泵現(xiàn)場圖 3.3安全性能評價
設(shè)備整體安裝于高壓變頻配電室墻外，采用風(fēng)道與變頻器的柜頂排氣口直接連接，提高了冷卻器的設(shè)備運(yùn)行效率，能夠?qū)ψ冾l器排出的熱氣直接降溫處理。同時，避免冷卻水管線在高壓室內(nèi)布局容易出現(xiàn)破裂后漏水危及高壓設(shè)備運(yùn)行安全的嚴(yán)重事故發(fā)生。在空—冷系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，為了防止空冷器出口側(cè)凝露冷風(fēng)帶水排入室內(nèi)，對空冷器的出風(fēng)口、風(fēng)速等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計計算；保證良好的排壓情況下，運(yùn)行安全穩(wěn)定。另外，為防止空冷器漏水后進(jìn)入室內(nèi)，在空冷器的出口側(cè)設(shè)置了淋水板；當(dāng)漏水或有積水時，可以直接排向室外。完整的冷卻系統(tǒng)解決方案，有效減低了輔助系統(tǒng)的故障率以及對主要設(shè)備的運(yùn)行安全影響程度。
3.4系統(tǒng)特點
(1)設(shè)備安裝簡單、快捷。
(2)設(shè)備使用壽命長、故障率低、性能可靠。
(3)設(shè)備的運(yùn)營成本是同等熱交換功率空調(diào)的1/3-1/4倍。
(4)室內(nèi)密閉冷卻、干凈衛(wèi)生；變頻器維護(hù)量低。
(5)無需濾網(wǎng)清洗。
(6)事故情況下可采用通風(fēng)冷卻，不影響設(shè)備安全。
(7)冷卻功率留有余量
4．設(shè)備本體水冷卻
從散熱的角度來說，水冷是非常理想的。但是，水循環(huán)系統(tǒng)工藝要求高，安裝復(fù)雜，維護(hù)工作量大，而且一旦漏水，會帶來安全隱患。所以，能夠用空氣冷卻解決問題的場合，就不要采用水冷。
 圖7 5．冷卻系統(tǒng)指標(biāo)及運(yùn)行成本比較
各種冷卻方式的指標(biāo)及運(yùn)行成本比較見下表所示:
冷卻方式 風(fēng)道開放式 空調(diào)密閉式 空－水冷卻 本體水冷
設(shè)備投資 低 高 高 很高
冷卻效果 一般 好 好 好
適用范圍 ≤1600kW ≤1000kW ≤6000kW >6000kW
適用地域 0－35℃ 無要求 有冷卻水 無要求
適用環(huán)境 潔凈 粉塵大 粉塵大 無要求
溫度控制 當(dāng)?shù)販亍 ?22－35℃ 20－35℃ 20－30℃
維護(hù)量 大 較小 小 小
運(yùn)行成本 低 很高 較低 較高
運(yùn)營費(fèi)用(元/kW) 0.0291 0.178 0.0458 0.089 三、 結(jié)束語
根據(jù)南北方地域、溫度、濕度、設(shè)備安全等多方面因素，秉承“適合的才是最好的”服務(wù)理念，根據(jù)用戶的實際需求提供完美的高壓變頻冷卻系統(tǒng)解決方案，力求做到系統(tǒng)最優(yōu)、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高。
在1600kW以上大功率、超大功率高壓變頻器當(dāng)中，空－水冷卻系統(tǒng)方案仍具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和技術(shù)優(yōu)勢。在山西某電廠2×3400kW引風(fēng)機(jī)變頻器項目中充分證明：采用完全密閉的空水冷卻方式，運(yùn)行效果極佳，安全度高，充分顯示出該種冷卻在大功率、超大功率產(chǎn)品應(yīng)用中的優(yōu)勢，大大提高了產(chǎn)品的安全穩(wěn)定性能，且節(jié)約了大量的二次能耗和維護(hù)成本，體現(xiàn)了項目良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。總之，開發(fā)和選擇新型高效散熱技術(shù)對高壓變頻器進(jìn)行冷卻，是提高設(shè)備可靠性的一個重要措施。
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