【摘要】 針對泉州閩光動力廠 30MW 、 38MW 余能發電高壓變頻器冷卻方式進行改造，采用循環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，環保節能。
前言
目前，作為節能降耗主要產品的高壓變頻設備已經在發電、化工、冶金、礦山等領域得到了廣泛應用，并發揮著越來越重要的作用。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道開放式冷卻和空調密閉冷卻方式，兩者在實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。利用風道將設備散出的熱風通過水冷換熱器濾熱冷卻后再進入室內冷卻器件，這種循環用風的冷卻方法叫做空水冷。
泉州閩光動力廠 30MW、38MW 余能發電系統變頻器安裝時，采用空調密閉冷卻方式。日常運行時，變頻器小室內被抽成負壓狀態。雖然變頻器室出風口加裝了濾網，但外界灰塵仍大量進入變頻器室，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境，根據現場實際情況，對高壓變頻器的冷卻方式進行了改造，利用循環水作為水源，采用空水冷換熱器，不用另外設計水塔，真正做到了環保、節能、高效。本次改造由三鋼勞服設計安裝，動力廠和勞服公司聯合調試。
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、軸流風機、換熱器三部分組成。變頻室內冷空氣在變頻器柜頂風機的作用下進入變頻器內，冷卻電氣各元件，由柜頂風機排出至熱風區，熱風在柜頂風機和空水冷裝置內軸流風機的作用下，經過空水冷換熱器，換熱器的水管中流入溫度低于30℃冷卻水，熱風經過換熱后，將熱量傳遞給冷水，其熱量被循環冷卻水帶走。熱風變成冷風從由柜內風機吹出，送到安裝變頻器的封閉室內，循環往復。原理如圖 1 所示。
由于高壓變頻器滿載運行效率為 96%-98%，一般情況下可按其所帶負荷額定容量的4%進行估算，并預留 20%余量，900kW 變頻器的發熱量為：900×4%×1.2=43.2kW；500kW 變頻器的發熱量為：500×4%×1.2=24kW；450kW 變頻器的發熱量為：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）冷卻風量的選擇
其中：L 為總送風量，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機，風量已由變頻器廠家制定，依據變頻器廠家提供數據，結合現場情況，留出適當余量來配備冷卻設備的風量，單臺 900kVA、500kVA、450kVA 變頻器風量約為：10000m 3 /h；所以選擇空水冷設備的風量為：單臺 900kVA、500kVA、450kVA 變頻器配置1 臺空水冷設備，每臺空水冷風量為 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表 2。
（5）冷卻水管道的設計與安裝如圖 2 所示，冷卻水來取自廠內循環水管道中，水溫#高 33℃，可供抽取的#大水量為 340t/h，水壓 0.1MPa。循環水引到一用一備的冷卻水泵中，經加壓后進入冷卻母管分配到各冷卻器，由冷卻器出來的熱水回到冷卻塔。冷卻水進水母管管道采用無縫鋼管，架空布置；回水母管用螺旋焊管，地下埋設引至循環水冷卻塔。
2 生產中應用總結
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，冬季時甚至可以停泵，節能效果顯著。備用泵處于備用時，頻聅hou遠僭誦斜悶德剩痹誦斜錳ⅲ贛帽昧舳德shou遠又獵誦斜錳⑹逼德剩踩煽啃愿摺?/div>
（2）每組冷卻器可實現好立控制啟停，多臺冷卻器的設計在提高了運行可靠性的情況下，同時可根據季節特點、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境溫度的情況下實現節能目的。
（3）當冷卻器換熱器故障或冷卻水系統故障無法運行時，可以將換熱器上部人孔打開，在換熱鋼管上部用蓋板封堵，然后把換熱器下部冷風區各人孔門打開，這樣熱風排出裝置，大氣溫度的自然風經風機鼓入變頻器室內，使原來的閉式循環變為開式自然風循環。此方法在運行中已經得到實踐，在正常運行工況下完全滿足變頻器的冷卻要求。
2.2 系統運行安全、環保
整個系統的運行既不會受到其主要運用場合環境的影響，也不會對周圍環境產生新的污染。冷卻風在裝置構成的密封空間中循環流動，進行熱交換的空氣能夠保持其潔凈度、不受外界環境污染。冷卻水采用廠內循環水，吸收熱量后排入廠內已有的冷卻塔，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生，安全可靠。
2.3 系統運行高效、節能
換熱器采用高質量紫銅管，能克服普通銅管易被循環水腐蝕的缺點，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排出功能，運行高效、可靠。裝置結構簡單、實用，安裝、使用和維護方便，無須對現有的高壓變頻設備進行大規模的技術改造。
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
進行空水冷改造后，按每個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，空冷器全部冷卻風機運行，增壓泵額定出力工作，則每小時耗電量為 58kW，能效比為 6.2。如果使用傳統的柜機空調進行冷卻，達到同樣 360kW 的制冷量，則需要 10P 的空調 15 臺，小時耗電量 110.25kW，能效比為 3.3。按照工業用電價格 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%；
綜合各個季節特點的不同運行方式，與采用空調冷卻方式相比較，每年可節約成本 60 萬以上。從長周期應用比較，通常空水冷系統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常可觀。
3.2 改善運行環境，提高了變頻器工作可靠性
采用開放自然風循環冷卻方式日常運行時，雖然變頻器小室及柜體進風口加裝了濾網，但細灰仍大量進入變頻器內，功率單元內積灰嚴重，變頻故障率高，#高時達 12 起/年；改造后，變頻器工作環境與外界隔離，積灰非常少，只需停運檢修時進行集中清理。
3.3 冷卻效果理想，變頻器發熱得到控制
由于采用了密閉循環方式，環境干凈，取消了柜體濾網，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境溫度的條件下工作，實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
實踐證明，在進行空水冷密閉冷卻改造后，
論是從應用性能，還是從經濟性考慮，都取得了顯著效果。系統具有簡單經濟、高效節能、安全環保的特點；變頻器工作溫度降低，工作環境極大改善，大大降低了故障率，延長了使用壽命，避免因故障造成的損失，經濟效益顯著，具有非常大的推廣意義。
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