空水冷在高压变频器上的应用

空水冷在高压变频器上的应用

高明

(京能（赤峰）能源发展有限公司内蒙古赤峰024400)

摘要：针对发电厂高压变频器室在运行过程中频繁出现过热报警和变压器温度过高及空调维护量大的原因，分析目前半开放式空调冷却的缺点，故障率高、维护量大，导致室内温度偏高，经过充分调研分析，制定了空水冷却方式在高压变频器上的应用方案，通过对现有冷却方式的改造革新，可以有效降低高压变频器室温度，保证机组安全稳定运行。

关键词：高压变频器过热报警空水冷却

近几年随着变频节能改造工程的逐步实施，某发电厂2×150MW机组配置了12台6kV高压变频器，变频器的成功应用，有效降低了厂用电率，在节能降耗方面取得了很好的效果。但也随之出现了一些新的问题，较为明显的问题就是高压变频器温度过热和室内较大负压，频繁造成变频器功率单元过热告警、变压器温度升高，对机组安全构成威胁和隐患。以其中4台一次风机变频调速系统为例进行分析，一次风机变频调速系统配置为：变频器型号为HIVERT-Y06/220，额定容量为2250KW，运行效率96％，分别接入两台机组的厂用6kV段，安装在120㎡的变频器室内，采用半开放式空调冷却方式。空调的容量设计计算裕度为1.2～1.3，结合极限运行情况下的发热量和系统交换效率的制冷量为414kW，一次风机变频器室需要加装14台高能效10匹空调用于散热，空调将消耗约140KW/h的电能，这样不仅需要大量的设备维护投资，还需要损失变频器节约的电量作为代价，既不经济也不符合变频改造的初衷。

1、空水冷应用方案描述

1.1、空水冷装置的选择

空水冷却系统按照单台高压变频器进行配置，冷却功率=变频器额定功率×4%（发热量）×1.1（可靠系数）。即一次风机变频器所配置的空水冷系统的冷却功率=2250×4%×1.1=99kW，实际选用100kW的空水冷设备即可。空冷器的技术指标：进水压力：0.2-0.3MPa；回水压力：0.08-0.12MPa；工作水温≤33℃；出风口温度≤40℃；冷却水PH值>7.2。

1.2、空水冷系统的主要设备选择

主要设备包括：空水冷装置、风道、增压风机、配电装置、冷却水管阀及管线、加热器、旁路系统，反冲洗过滤器、排气阀等，如果现场压力不满足进水工作压力，还需要在冷却水母管上加装增压泵、逆止阀、压力表等选配件，在应用的设计初期要明确上述设备的参数、型号和数量。部分设备可以由建设单位提供选型，施工单位自行采购制作。

1.3、空水冷系统的结构选型

1.3.1、功率等级。根据高压变频器功率等级，按照1.1项中的计算方法，配置冷却系统的总功率，每台冷却系统的功率按照60-120kW为宜，可以根据实际情况增肌单台冷却器功率，但单台功率不宜超过120kW。

1.3.2、高压变频器功率柜和变压器柜的风量与风道管阻的大小以及风道长度，系统结构和实际情况考虑。根据空水冷系统与高压变频器功率柜和变压器柜分别配置的数量，进行必要的风道口合并引出，并与空水冷增压风机入口相连。标准的增压风机选型和数量配置与空水冷装置的配置应相一致。

1.4、空水冷系统原理

1.4.2、水循环。温度较低的循环冷却水由换热器下部进入换热器，与循环空气做热交换后，由换热器上部流出，被加热的冷却水汇入回水母管，进入机组循环冷却塔冷却，经机组循环水泵打入母管，再次进入换热器冷却，如此进行循环。

1.4.3、水源的选择：空水冷系统对循环冷却水的要求相对比较宽泛，所以在保证空水冷却系统不受单台机组运行的限制，采用了开式冷却水系统的公用部分，即冷却水取自厂区工业用水至板式换热器的循环水母管，此管路中始终通有循环水。热交换后的冷却水汇入回水母管，回水母管的终端设置三通阀门分别引至两台机组的循环水系统前池，保持回水始终流动并全部回收。

1.4.4、冷却水系统的保护措施：循环水管线长度较长，根据空水冷装置的进水量和压力参数，选择直径为133mm的无缝钢管作为进水母管，管沟深度为1.5-1.6米，伸出地面管道部分加装保温材料，并加伴热，防止冬季管线结冻。

2、空水冷系统优点

2.1、冷却空气气流由下部进入、上部流出，流向布局合理，空气流与冷却水流流向成逆流，冷却效率高。

2.2、安装简单，运营成本低，仅为同等冷却功率空调的25%左右，并且整体设备中，电气和转动部件较少，使用寿命长，故障率低、可靠性较高。

2.3、密闭式循环空气冷却，与以往的半开放式空调冷却方式相比较，空气更加清洁，避免变频器电子元件的灰尘附着和潮湿空气腐蚀，滤网清理周期明显延长，变频器维护量低，同时解决了传统变频器冷却方式造成室内负压大的现象。

2.4、空水冷系统故障时采用直接将热风排出室外，室外空气直接进入室内进行半开放式空调冷却，不影响设备运行。

2.5、生产现场所提供的机组循环冷却水，水温、压力、PH值都可以满足冷却用水需要，只需定期进行空水冷装置内部滤网的反冲洗即可。

3、应用后的预期效果

3.1、提高设备的可靠性

空水冷却方式的应用会大大降低设备的故障率，特别是变频器的过热报警频发的现场，会有很大改善，提高了高压变频器及一次风机的可靠性，保证机组的安全稳定运行。

3.2、经济性分析

3.2.1、空调配置的总功率和年耗电量

空调配置总功率：14台×10匹=140匹；年耗电量：140×0.735×5000h=514500kW/h。

3.2.2、空水冷总功率及年耗电量

空水冷铭牌额定总功率：4台×4kW=16kW；冬季4台全部运行时间与夏季单机2台运行时间相差不大，所以年耗电量：16kW×2500h+8kW×2500h=60000kW/h。

3.2.3、空调年运行电费：514500×0.3元=154350元，约15.4万元。

3.2.4、空水冷系统年运行电费：60000×0.3元=1.8万元。

3.2.5、每年节约空调维护及备品备件费用约4万元。

3.2.6、年节约电费：15.4-1.8=13.6万元。

3.2.7、空水冷系统工程总投资约为50万元，此方案应用后每年可节约资金13.6+4=17.6万元，投资后两年10个月即可收回成本，第三年即可受益。

4、结束语

空水冷系统在高压变频器上的应用，可以大大降低高压变频器的故障率，有效的改善了高压变频器室内温度和变频器的运行环境，在变频器节能的基础上，相比传统空调加风道冷却，节能效果更加明显，同时降低了厂用电率，在一定程度上大大减小了设备的维护量，保证了机组的安全稳定运行。

参考文献:

1.王永鑫。中高压变频器冷却方式方案比较和选型分析。电气传动自动化，2015，（3）：47-51

2.夏俊利。高压大功率变频器的两种冷却方式比较。华北电力技术。2009,（8）:52-54