風(fēng)力發(fā)電機組外部散熱器加裝噴淋系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉喬

（湖南湘電風(fēng)能有限公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

隨著機組的容量功率的不斷增大，散熱問題也日益突出。散熱系統(tǒng)的研究已成為電機設(shè)計研究的熱點[1]，同時，雙饋型機組的增速齒輪箱，直驅(qū)型機組的全功率變流器等部件運行時發(fā)熱量大問題也日益突出。通常這些部件的大部分或完全容納在塔架或機艙內(nèi)的封閉空間中，并且與周圍空間的熱交換是受限的，為了滿足散熱要求一般采用以冷卻液或齒輪油或空氣等冷卻介質(zhì)在部件和熱交換器之間流動[2]。散熱系統(tǒng)考慮到風(fēng)場所在地區(qū)空氣中含有沙塵，為避免流道堵塞，外部散熱器的空氣流道選用波紋翅片[3]，自然風(fēng)是直接流經(jīng)外部散熱器，一段時間后，表面灰塵異物的不斷積壓，造成散熱能力持續(xù)降低[4]。夏季極端高溫天氣散熱器與外界溫差低，溫度升高導(dǎo)致空氣密度的減少，外部散熱器和各發(fā)熱部件的散熱情況逐漸惡化，機組滿負(fù)荷運行發(fā)熱量增大，熱量不能通過散熱器散出導(dǎo)致部件出現(xiàn)過溫情況。為了保證部件安全不得不降低機組負(fù)荷出力，甚至停機[5]。

機組原熱管理系統(tǒng)（液冷）在設(shè)計之初已考慮裕量，且即便出現(xiàn)過熱現(xiàn)象也一般只出現(xiàn)于夏季最炎熱的幾天內(nèi)的幾小時中[6]。為了降低解決散熱系統(tǒng)的一系列問題，論文提出了通過為散熱系統(tǒng)增加外部散熱器噴淋系統(tǒng)，快速帶走外部散熱器表面熱量來提升換熱效率。

1 故障事件經(jīng)過

某風(fēng)場地處戈壁，高溫及陽光輻射導(dǎo)致地表溫度偏高，多臺機組滿負(fù)荷運行出現(xiàn)變流器功率模塊過溫情況。

2 故障原因及處理

2.1 外部散熱器運行原理

冷卻液溫度較低時，冷卻液的熱量通過外部散熱器擴散到空氣中，當(dāng)冷卻液溫度較高時，散熱風(fēng)扇啟動加速外部散熱器熱量擴散速度[7]。

2.2 故障原因分析

夏季午后溫度高、陽光輻射明顯，外部散熱器與環(huán)境溫差小。同時，高溫天氣空氣密度較低等因素導(dǎo)致散熱能力明顯下降。機組滿功率發(fā)電時變流器等部件運行時產(chǎn)生的大量熱量，由于外部散熱器散熱能力下降，導(dǎo)致溫升加劇，最終出現(xiàn)冷卻液溫度升高、變流器功率模塊溫度過高。

2.3 外部散熱器的改進措施

2.3.1 外部散熱器噴淋系統(tǒng)改進方案

在外部散熱器安裝噴淋系統(tǒng)，并設(shè)置兩種功能模式：①散熱器噴淋散熱模式。噴頭將水噴淋在外部散熱器的后側(cè)的表面上，噴淋水附著在散熱器上，通過流動和蒸發(fā)作用帶走散熱器表面的熱量，提升散熱器的散熱效率，見圖1（a）。②散熱器噴淋清洗模式。噴頭將水噴淋在外部散熱器的后側(cè)的表面上，在散熱風(fēng)扇（反轉(zhuǎn)）的風(fēng)力作用下，將外部散熱器的噴淋水及其攜帶的灰塵吹離散熱器，起到清潔散熱器表面恢復(fù)散熱器本身的散熱能力的作用，見圖1（b）。

圖1 外部散熱器噴淋系統(tǒng)運行狀態(tài)示意圖

2.3.2 噴淋系統(tǒng)運行效果

采用冷卻液等介質(zhì)進行散熱的部件，其熱量主要通過冷卻液帶走而實現(xiàn)降溫，因此僅通過監(jiān)測目標(biāo)冷卻部件進出口冷卻液溫度就能判斷散熱效率是否提高[8]。

“噴淋降溫模式”啟動時間為19：08：22～19：08：41，共計20s，機組外部的環(huán)境溫度為32.7℃左右，變流器功率從842kW上升到1001kW，外部散熱器出口（變流器入口）冷卻液溫度從39.9℃降到35.5℃，溫度下降平均速率為0.22℃/s；外部散熱器入口（變流器出口）冷卻液溫度從42℃降到40.2℃，溫度下降平均速率為0.09℃/s。

“噴淋清洗模式”啟動時間為19：08：42～19：08：56，共計15秒，機組外部的環(huán)境溫度為32.6℃左右，變流器功率維持在1000kW左右，外部散熱器出口（變流器入口）冷卻液溫度從35.5℃到36.9℃，外部散熱器入口（變流器出口）冷卻液溫度從40.3℃下降到38.4℃。

圖2 噴淋系統(tǒng)運行時冷卻液溫度變化

噴淋清洗模式下噴淋水?dāng)y帶大量灰塵從外部散熱器風(fēng)道間隙內(nèi)被吹出，徹底有效對散熱器表面進行了清洗。

3 結(jié)論

本文提出的外部散熱器在設(shè)計時考慮了裕量，但仍必需考慮使用過程中不可避免的會出現(xiàn)的灰塵等污穢帶來的影響，此外，還需考慮極端高溫天氣的影響。本文提出了一類能夠解決因灰塵等污穢造成外部散熱器效率下降，且能夠在短時間內(nèi)提升外部散熱器散熱效率的方法。針對外表污穢和極端高溫天氣等因素對外部散熱器的影響，提出了在外部散熱器新增噴淋系統(tǒng)用以清洗外表面，通過噴淋降低外表面溫度，恢復(fù)和提升散熱器效率。

圖3 噴淋系統(tǒng)清洗模式運行外部散熱器外觀圖