己五采區(qū)高強(qiáng)變頻器水冷系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究

張欣

摘 要：己五采區(qū)高強(qiáng)下運(yùn)皮帶采用BPJ1400/1140型變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，冷卻系統(tǒng)采用封閉式循環(huán)水冷形式，主要由內(nèi)散熱器、水箱、外散熱器、循環(huán)泵及風(fēng)扇等組成。冷卻風(fēng)扇是工作壽命比較短壽的零件，臨近工作壽命時，風(fēng)扇產(chǎn)生振動，噪聲開始增大，最后停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致變頻器IGBT逆變功率單元無法散熱，導(dǎo)致變頻器IGBT單元模塊溫升過快，損壞爆裂，同時造成多個原件損壞，從而導(dǎo)致設(shè)備癱瘓，影響安全生產(chǎn)。為解決上述問題，本文研究了高強(qiáng)變頻器水冷系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)變頻器；水冷系統(tǒng)；應(yīng)用

一、項(xiàng)目產(chǎn)生背景

半年來平煤神馬集團(tuán)八礦因變頻器逆變單元模塊故障而造成生產(chǎn)事故多達(dá)六起之多，每次影響生產(chǎn)時間1624小時。每次故障，逆變模塊更換3塊，驅(qū)動板更換一塊，加上人力物力和時間效益，一次故障，直接影響經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)數(shù)十萬元。為解決這一問題，經(jīng)過單位技術(shù)人員和業(yè)務(wù)骨干根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況研究，并查閱變頻器冷卻系統(tǒng)的相關(guān)資料。變頻器的散熱方式主要以自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷、水冷三種方式為主，由于水冷散熱方式具有優(yōu)異的散熱性能和較高可靠性，且對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，所以水冷散熱在大功率變頻器上應(yīng)用非常必要，水冷系統(tǒng)有著散熱效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間、水冷設(shè)備聲音非常小，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好，可靠性高，穩(wěn)定性好，能將系統(tǒng)溫度降至室溫以下，不受室溫限制等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場以及成功改造設(shè)備冷卻的案例，經(jīng)過多次討論研究，我們決定將變頻器的冷卻系統(tǒng)由內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)改為外循環(huán)水冷系統(tǒng)，經(jīng)過改造，近三個月的運(yùn)行狀況來看，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，未出現(xiàn)任何一起故障，使我單位的事故明顯下降，提高了我單位的經(jīng)濟(jì)效益。

二、項(xiàng)目技術(shù)關(guān)鍵

己五采區(qū)高強(qiáng)下運(yùn)皮帶采用BPJ1400/1140型變頻器調(diào)速控制技術(shù)。該部皮帶擔(dān)負(fù)己五采區(qū)的原煤運(yùn)輸任務(wù)，出煤量大，設(shè)備長期超負(fù)荷運(yùn)行多次出現(xiàn)故障，主要由于變頻器散熱不良好引起的，而變頻器的冷卻系統(tǒng)采用內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷式冷卻，其工作原理為：內(nèi)外散熱器擔(dān)負(fù)變頻器熱量的外泄，內(nèi)散熱器的銅板上安裝IGBT逆變功率單元和整流功率單元，其產(chǎn)生的熱量傳遞給散熱器內(nèi)部的冷卻水，循環(huán)泵將內(nèi)外散熱器之間的冷卻水不斷循環(huán)流動，2臺風(fēng)扇將外散熱器傳熱管內(nèi)已升溫的冷卻水通過散熱片強(qiáng)制冷卻降溫，如此反復(fù)循環(huán)，來實(shí)現(xiàn)變頻器內(nèi)部的散熱問題。這種冷卻系統(tǒng)在井下相對復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中，設(shè)備硐室相對封閉，對風(fēng)扇及風(fēng)扇電機(jī)的損壞較高，特別是風(fēng)扇電機(jī)、風(fēng)扇以及風(fēng)扇連接裝置極易損壞，造成冷卻系統(tǒng)癱瘓，變頻器內(nèi)部原件運(yùn)行散熱不暢，使IGBT單元模塊溫升過快，損壞爆裂，同時造成多個原件損壞，其中IGBT模塊更換達(dá)6次之多，每次更換3塊，驅(qū)動板更換3次之多每次也達(dá)到近萬元之多，一次故障造成直接損失將近十萬，間接影響生產(chǎn)時間1624個小時。為此我們聯(lián)系廠家把冷卻系統(tǒng)的電機(jī)備件準(zhǔn)備了多套備用，一套風(fēng)扇連接裝置和電機(jī)售價近4000元，即使是原廠電機(jī)壽命也超不過1個月，既增加材料費(fèi)又投入大量的人力、物力、財力進(jìn)行更換。半年內(nèi)變頻器IGBT逆變單元多次燒壞，直接造成經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬，每次故障損壞配件數(shù)萬元，間接影響原煤生產(chǎn)造成損失數(shù)百萬。多次與廠家技術(shù)人員溝通，均未能有效解決散熱故障的問題。

為此，如何解決變頻器的冷卻問題成為解決變頻器功率單元故障的重中之重。經(jīng)過單位技術(shù)人員和業(yè)務(wù)骨干根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況研究，并查閱變頻器冷卻系統(tǒng)的相關(guān)資料，我們得知變頻器的散熱方式主要以自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷、水冷三種方式。而自然冷卻時間長，且不能使設(shè)備長期運(yùn)轉(zhuǎn)，直接經(jīng)濟(jì)原煤運(yùn)輸任務(wù)；強(qiáng)迫風(fēng)冷，經(jīng)過上述分析在原煤運(yùn)輸任務(wù)相對重且井下相對復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)行也是不可取，經(jīng)過多次分析比較，我門決定采用外循環(huán)水冷形式。外循環(huán)水冷散熱方式通過散熱片把設(shè)備散出熱量帶出硐室外，從而散熱效果，且外循環(huán)水冷卻具有優(yōu)異的散熱性能和較高可靠性，且對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，。水冷系統(tǒng)有著良好的散熱效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間、水冷設(shè)備聲音非常小，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好，可靠性高，穩(wěn)定性好，能將系統(tǒng)溫度降至室溫以下，不受室溫限制等優(yōu)點(diǎn)。

改造過程中，我們利用原來水箱加裝進(jìn)出水管，利用管道把散熱水排至硐室外的水溝，從而達(dá)到熱量排到硐室外的效果。改裝材料只需購置水管、閥門，安裝供水管路、排水管路，拆除最容易出現(xiàn)故障的冷卻風(fēng)扇、水泵，費(fèi)用控制在幾百元，經(jīng)過試驗(yàn)后效果顯著，設(shè)備硐室內(nèi)溫度明顯下降。近三個月的運(yùn)行，效果良好。

三、項(xiàng)目達(dá)到的實(shí)際應(yīng)用效果

改造后，設(shè)備運(yùn)行至今，變頻器再未出現(xiàn)過因散熱不良好而引起的逆變單元模塊燒壞等類似故障，不會再為準(zhǔn)備大量逆變單元模塊配件而浪費(fèi)財力，不會再為更換逆變單元模塊而浪費(fèi)人力、物力，設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定，有效的解決了變頻器功率單元散熱不好引起的故障問題，降低了設(shè)備的事故率，提高了設(shè)備的使用壽命。與未改造前相比，己五采區(qū)高強(qiáng)變頻設(shè)備故障影響時間減少了90%以上，不但有效的保證己五采區(qū)原煤生產(chǎn)任務(wù)的完成而且為單位節(jié)約數(shù)十萬元的材料費(fèi)支出，帶來直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)百萬元。

參考文獻(xiàn)：

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