（淮南矿业集团发电有限责任公司潘三电厂 安徽淮南 232096）
摘要：针对高压变频器冷却方式进行改造，使用采用循环水作为冷却水的空水冷系统，设计具有特色，安全性能高，运行方式灵活，环保节能。
关键词：高压变频器；空水冷；循环水；节能
1 概述
目前，作为节能降耗主要产品的高压变频设备已经在发电、化工、冶金、矿山等领域得到了广泛应用，并发挥着越来越重要的作用。高压变频器的效率一般可达95~97% , 其余以热量的形式耗散掉，这些热量直接影响着电子元器件的寿命及设备运行的可靠性。目前广泛使用的变频器室冷却方式主要是风道开放式冷却和空调密闭冷却方式，两者在实际应用中都存在一定的弊端，前者积灰严重，变频器故障率高；后者耗电量大，后期维护成本高。利用风道将设备散出的热风通过水冷换热器滤热冷却后再进入室内冷却器件,这种循环用风的冷却方法叫做空水冷]。
潘三电厂每台循环流化床锅炉共配有6台风机变频器，各风机均采用变频方式运行。变频器安装时，采用自然外循环风冷冷却。日常运行时，变频器小室内被抽成微负压状态，虽然变频器小室进风口加装了滤网，但外界灰层仍大量进入变频小室，日常人工维护量大，设备故障率高。因此为改善变频器运行环境，根据现场实际情况，对高压变频器的冷却方式进行了改造，利用电厂循环水作为水源，采用空水冷换热器，不用另外设计水塔，真正做到了环保、节能、高效。
3改造方案
3.1空水冷系统工作原理
空水冷系统主要是由变频器室内冷热分区、轴流风机、换热器三部分组成。变频室内冷空气在变频器柜顶风机的作用下进入变频器内，冷却电气各元件，由柜顶风机排出至热风区，热风在柜顶风机和空水冷装置内轴流风机的作用下，经过空水换热器，换热器的水管中流入温度低于30℃冷却水，热风经过换热后，将热量传递给冷水，其热量被循环冷却水带走。热风变成冷风从由柜内风机吹出，送到安装变频器的封闭室内，循环往复。原理如下图所示。
3.2变频器室的改造
每个变频器室设计配有两组空水冷冷却器，单台冷却器制冷量为60KW，配备两台额定功率为3KW的冷却风机。冷却器安装室外，冷却器基础设计为现浇混凝土基础，挖土深度至原始土层，预埋固定水冷柜的地脚螺栓。变频室用防火夹心隔热板在变频器柜上、下部隔离出热风区和冷风区。
3.3 冷却水管道的设计与安装
冷却水来取自厂内一路闲置的循环水管道中，水温最高33℃，可供抽取的最大水量为340T/H，水压0.1MPa。循环水引到一用一备的冷却水泵中，经加压后进入冷却母管分配到各冷却器，由冷却器出来的热水回到冷却塔。根据现场实际情况，在满足技术要求前提下，安装2台扬程32m流量320t/h立式管道加压泵。冷却水进水母管管道采用无缝钢管，架空布置；回水母管用螺旋焊管，地下埋设引至循环水冷却塔。
4 生产中应用总结与项目特点
4.1系统运行方式灵活，可靠性高
4.1.1增压水泵采用经济的变频方式运行，根据不同季节的水温，调整频率运行，冬季时甚至可以停泵，节能效果显著。备用泵处于备用时，频率自动跟踪运行泵频率，当运行泵跳闸，备用泵联锁启动，频率自动加至运行泵跳闸时频率，安全可靠性高。
4.1.2每个变频器室设计有两组冷却器，每个冷却器配备两组冷却风机，每组冷却器可实现独立控制启停。多台冷却器的设计在提高了运行可靠性的情况下，同时可根据季节特点、变频器负荷高低，灵活选择冷却器运行台数，在保证变频器运行环境温度的情况下实现节能目的。
4.2.3当冷却器换热器故障或冷却水系统故障无法运行时，可以将换热器上部人孔打开，在换热钢管上部用盖板封堵，然后把换热器下部冷风区各人孔门打开，这样热风排出装置，大气温度的自然风经风机鼓入变频器室内，使原来的闭式循环变为开式自然风循环。此方法在运行中已经得到实践，在正常运行工况下完全满足变频器的冷却要求。
4.2系统运行安全、环保
整个系统的运行既不会受到其主要运用场合环境的影响，也不会对周围环境产生新的污染。冷却风在装置构成的密封空间中循环流动，进行热交换的空气能够保持其洁净度、不受外界环境污染。冷却水采用电厂循环水，吸收热量后排入电厂已有的冷却塔，重复使用，非常环保。冷却系统换热装置设置在变频器室外，可以避免了冷却水管线在高压室内布局出现破裂时，漏水危及高压设备运行安全的事故发生，安全可靠性高。
4.3系统运行高效、节能
换热器采用高质量不锈钢管，能克服铜管易被循环水腐蚀的缺点，设计换热面积大，换热效果好，室内温度也完全符合变频器运行要求。换热装置设计有钢管泄漏检测报警及泄漏水自动排出功能，运行高效，可靠。装置结构简单、实用，安装、使用和维护方便，无须对现有的高压变频设备进行大规模的技术改造。
5 改造效果分析
6.1空水冷密闭冷却与传统柜机空调节能对比
进行空水冷改造后，每个变频器室配备两组冷却器，共12组冷却器。每组冷却器的额定制冷量为60KW，12组冷却器总制冷量为720KW，按照夏季最极端的气温条件考虑，空冷器全部冷却风机运行，增压泵额定出力工作，则每小时耗电量为117KW，能效比为6.2。如果使用传统的柜机空调进行冷却，达到同样720KW的制冷量，则需要10P的空调30台，小时耗电量220.5KW，能效比为3.3。按照电价0.42元/度，则空调冷却方式运行成本为2223元/日，空水冷冷却方式运行成本为1179元/日，是空调冷却成本的53%。
通过实践应用证明，系统增压泵只需要在7、8、9月份的高温天气使用，其他月份均可以降低频率，甚至停用，在不使用增压泵的情况下成本可降低到空调冷却成本的33%；
综合各个季节特点不同运行方式下，与采用空调冷却方式相比较，每年可节约运行成本60万以上。从长周期应用比较，通常空水冷系统的使用寿命是空调设备的5～8倍，而用空调后期的维护费用较大，因此单维护费用一项节约费用非常可观。
6.2改善运行环境，提高了变频器工作可靠性
采用开放自然风循环冷却方式日常运行时，虽然变频器小室及柜体进风口加装了滤网，但细灰仍大量进入变频器内，功率单元内积灰严重，变频故障率高，最高时达12起/年；改造后，变频器工作环境与外界隔离，积灰非常少，只需停运检修时进行集中清理。
6.3冷却效果理想，变频器发热得到控制
由于采用了密闭循环方式，环境干净，取消了柜体滤网，变频器元件表积灰少，热量被迅速带走，变频器能够始终在低于环境温度的条件下工作，实测变频器变压器及功率单元柜体温度下降5℃，冷却效果良好。
7 结束语
实践表明，在进行空水冷密闭冷却改造后，无论是从应用性能，还是从经济性考虑，都取得了显著效果。系统具有简单经济、高效节能、安全环保的特点；变频器工作温度降低，工作环境极大改善，大大降低了故障率，延长了使用寿命，避免因故障造成的损失，经济效益非常可观，在电厂中具有非常大的推广意义。
参考文献
[1] 韦思贺.《高压变频器空水冷设计过程及方法》.《变频世界》201305期
论文作者:赵修民,吴越
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
标签：变频器论文; 水冷论文; 冷却器论文; 风机论文; 换热器论文; 冷却水论文; 方式论文; 《电力设备》2017年第20期论文;