空—水冷卻系統(tǒng)在塔山電廠600MW機(jī)組給水泵變頻節(jié)能改造中的應(yīng)用

徐英慧　陳文慧

【摘 要】該論文主要講述了空—水冷卻系統(tǒng)在塔山電廠600MW機(jī)組給水泵變頻節(jié)能改造中的應(yīng)用，并重點講述了利用空—水冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)變頻器室散熱的系統(tǒng)解決方案。

【關(guān)鍵詞】空—水冷卻系統(tǒng)；變頻器；節(jié)能

中圖分類號： TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0018-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.007

1 項目介紹

塔山電廠600MW機(jī)組#2號機(jī)給水泵變頻節(jié)能改造采用智光電氣自主研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)的14000kVA/10kV級超大容量高壓變頻器，該項目是國內(nèi)首次在600MW等級機(jī)組上采用的最大容量的國產(chǎn)高壓變頻器，同時也是第一次將600MW機(jī)組給水泵液力偶合器改造為增速箱，整體改造方案嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，整個系統(tǒng)首次安裝并實現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，完善的技術(shù)改造方案保障了整個項目的安全、穩(wěn)定及節(jié)能效果[1]。該項目為保證變頻器的安全穩(wěn)定運行，采用了空—水冷卻系統(tǒng)保證變頻的運行環(huán)境，至今，空—水冷卻系統(tǒng)已運行一年半，設(shè)備運行穩(wěn)定，維護(hù)簡單、方便，變頻器也未發(fā)生過一次故障。本文從系統(tǒng)的角度闡述了本次改造過程中空—水冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 高壓變頻系統(tǒng)對工作環(huán)境的要求

隨著高壓大功率變頻器在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，變頻器功率的不斷提高，其輔助冷卻的投資和運營成本等應(yīng)用問題也逐漸得到業(yè)內(nèi)和客戶的關(guān)注。只有解決好高壓變頻器應(yīng)用中的系統(tǒng)控制、工藝優(yōu)化、環(huán)境控制、安全防護(hù)等問題，才能切實保障系統(tǒng)安全、提高設(shè)備穩(wěn)定性。而解決好高壓大功率變頻器的運行環(huán)境控制則是保障設(shè)備穩(wěn)定和安全運行的重要環(huán)節(jié)之一。

保證變頻器具有良好的運行環(huán)境，必須對變頻器及運行環(huán)境的溫度控制采取措施。采用專業(yè)的高壓變頻專用冷卻系統(tǒng)，提高設(shè)備安全穩(wěn)定性能，降低輔助冷卻系統(tǒng)的運營成本，成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問題之一。高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。所以，解決高壓變頻器的散熱和運行環(huán)境問題，對保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是變頻器節(jié)能改造的重要環(huán)節(jié)。

3 空-水冷卻系統(tǒng)

空-水冷卻系統(tǒng)是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng)。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應(yīng)用中得到廣泛的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。由于其采用完全機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，較空調(diào)等電力、電子設(shè)備而言具有明顯的安全、可靠性。

3.1 空—水冷系統(tǒng)工作原理

（1）主要工作原理是：將變頻器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接引入空冷裝置進(jìn)行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)，完成變頻器的內(nèi)部風(fēng)循環(huán)。空冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃時，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環(huán)境運行的要求。

（2）由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行設(shè)備冷卻具有粉塵度低，維護(hù)量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。設(shè)備故障率大大降低，設(shè)備維護(hù)量也減少；冷卻水循環(huán)與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與變頻器明確分離，確保變頻器不會受到漏水、絕緣破壞等安全威脅和事故，提高了設(shè)備運行的安全可靠性。

3.2 空—水冷系統(tǒng)安裝方式

空-水冷卻設(shè)備一般安裝在室外，根據(jù)項目現(xiàn)場情況（如場地，變頻器室結(jié)構(gòu)，變頻器室總發(fā)熱量、總排風(fēng)量等），通常有兩種安裝方式，一是，通過風(fēng)管連接至變頻器散熱風(fēng)扇，其運行時產(chǎn)生的熱量由空-水冷系統(tǒng)直接回收，經(jīng)熱交換后再排至室內(nèi)，如圖1所示。二是，變頻器室通過彩鋼板吊頂將變頻器室內(nèi)冷、熱風(fēng)隔離，通過空-水冷卻設(shè)備的離心風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)均勻抽至每個空-水冷系統(tǒng)，經(jīng)熱交換后再均勻排至室內(nèi)，如圖2所示。

3.3 空—水冷系統(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)備的運營成本約是同等熱交換功率空調(diào)的1/3～1/4；

（4）室內(nèi)密閉冷卻、干凈衛(wèi)生，變頻器維護(hù)量低；

（5）濾網(wǎng)使用周期長；

（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 空-水冷卻系統(tǒng)在塔山電廠600MW機(jī)組給水泵變頻節(jié)能改造中的應(yīng)用

塔山電廠600MW機(jī)組#2號機(jī)給水泵變頻節(jié)能改造采用智光電氣自主研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)的14000kVA/10kV級超大容量高壓變頻器，由于變頻器容量比較大，且兩臺變頻器放置于同一間變頻器室，室內(nèi)發(fā)熱量很大，為保證變頻器的安全穩(wěn)定運行，采用了空—水冷卻系統(tǒng)保證了變頻器的運行環(huán)境。

4.1 系統(tǒng)發(fā)熱量核算及設(shè)備選型

空—水冷卻系統(tǒng)的作用就是將變頻器在運行過程中產(chǎn)生的熱量散出，其散熱量即是變頻器運行是的發(fā)熱量。核算發(fā)熱量時，需考慮變頻器的最大發(fā)熱量并預(yù)留一定的余量，余量的取值根據(jù)實際需要選取。

變頻器的最大發(fā)熱量可按如下方式核算：

最大發(fā)熱量=設(shè)備額定功率×（1-設(shè)備效率）×設(shè)備負(fù)荷率

核算時可按如下經(jīng)驗核算：

變頻器的發(fā)熱量為額定功率的2%-4%，按最大負(fù)荷發(fā)熱量計算公式為：Qb=P×4%

P為變頻器額定功率

Qb即為發(fā)熱量。

空—水冷設(shè)備的選型需考慮空—水冷設(shè)備的數(shù)量及其運行條件，其換熱功率選型可按如下方式核算：

換熱功率=×（1+設(shè)計余量）

本項目單臺變頻器參數(shù)如下：

本項目兩臺變頻器放置于一個變頻器室，按經(jīng)驗核算室內(nèi)最大發(fā)熱量=11000kw×2×4%=880kw，考慮一定的余量及風(fēng)壓損失，最終選用的空—水冷設(shè)備參數(shù)如下：

4.2 安裝方式：本項目采用了圖2 的安裝方式。

4.3 空—水冷密閉冷卻與空調(diào)密閉冷卻經(jīng)濟(jì)性對比分析

空調(diào)輸出制冷量的大小應(yīng)以W（瓦）來表示，而市場上常用匹來描述空調(diào)器制冷量的大小。這二者之間的換算關(guān)系為：1匹的制冷量大約為2000大卡，換算成國際單位W（瓦）應(yīng)乘以1.162。這樣，1匹制冷量應(yīng)為2000大卡×1.162=2324W。這里的W（瓦）即表示制冷量。即10HP風(fēng)冷空調(diào)制冷量為2324W×10=23240W，也就是23.24KW。

本項目若采用10HP空調(diào)，則所需空調(diào)數(shù)量應(yīng)為：130×8÷23.24=44.75，即約45臺10HP的空調(diào)能滿足現(xiàn)在的工況冷卻要求。

暫拋開現(xiàn)場是否有足夠的場地來安裝空調(diào)，單從經(jīng)濟(jì)性分析如下：

（1）空調(diào)的運行功率即空調(diào)的耗電量，一般來說，1匹=0.735KW，即1匹空調(diào)每小時的耗電量為0.735KW，那么45臺10匹空調(diào)滿負(fù)荷運行狀態(tài)下每小時的耗電量應(yīng)為45*10*0.735KW=330.75KW。根據(jù)能效比公式EER=制冷量/制冷消耗功率， 可計算出空調(diào)的能效比為1040kw/330.75kw=3.14，即采用空調(diào)冷卻方案的能效比約為3.2。

（2）本項目配備8臺空—水冷設(shè)備，單臺空—水冷制冷量130kw，風(fēng)量40000m3/h，電機(jī)功率為5.5kw×2=11kw。8臺空—水冷總耗電功率為11*8=88kw。根據(jù)能效比公式EER=制冷量/制冷消耗功率，可計算出空—水冷的能效比為1040kw/88kw=11.8，即采用空—水冷卻方案的能效比約為12。

（3）這里的能耗是計算空水冷系統(tǒng)本身的能耗，如果由于水壓不能滿足而需要加裝冷卻加壓泵的情況下，能耗會相應(yīng)增加。即便是加上加壓泵的能耗，空—水冷的能效比也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空調(diào)密閉冷卻方式的，具體對比分析數(shù)據(jù)如下表：

5 結(jié)語

通過案例對比分析，空-水冷卻系統(tǒng)具有良好的綜合性價比優(yōu)勢，更適合于高壓變頻器冷卻系統(tǒng)工程，可節(jié)約大量的投資成本和運行費用，符合系統(tǒng)化節(jié)能、環(huán)保的要求，可以被更好的利用和推廣。在塔山電廠600MW機(jī)組#2號機(jī)給水泵變頻節(jié)能改造過程中，空—水冷卻系統(tǒng)運行穩(wěn)定，散熱效果好，能耗低，維護(hù)簡單，滿足了高壓變頻器對環(huán)境的要求，為變頻系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]謝龍.塔山電廠2號機(jī)組電動給水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造及效益[J].現(xiàn)代制造，2017（12）：72-73.