两种不同冷却方式﹢在高压变频应用中的对比分析.pdf

专栏 Column 94数字化电厂 两种不同冷却方式 在高压变频应用中的对比分析 北京京能高安屯燃气热电有限责任公司 吴洪文，崔国东，成涛 摘要：本文介绍了两种不同冷却方式在变频节能改造中 的应用实例，对空-水冷却系统和密闭冷却系统两种冷却 方式进行技术方案和经济效益对比分析，阐述了其中存 在的差异和特点。为高压变频节能改造中降低冷却系统 能耗，提高系统安全可靠性，提供重要的可借鉴经验。 关键词：高压变频器；空-水冷却系统；密闭冷却系统 Abstract: This article describes the application of two different cooling methods in frequency conversion energy saving, the cooling scheme of air - water cooling system and closed cooling system are compared and analyzed. The technical scheme and economic ,benefit are analyzed, expounded the differences and characteristics. Reduce the energy consumption of the cooling system for high voltage frequency conversion energy saving, improve the safety and reliability of the system, provide an important reference experience. Key words: High voltage inverter; Air - water cooling system; Closed cooling system 1 引言 目前，高压变频调速节能技术已在电力行业得到 广泛应用。高压变频器应用中的设备散热和运行环境 问题成为直接影响变频器自身运行可靠性和机组安全稳 定的重要因素。而且，随着变频器装机容量和功率的增 加，其辅助冷却系统的投资和运营成本也逐渐成为项目 实施不可小觑的一个重要环节。采取配套适用的高压变 频专用冷却系统，对提高设备安全稳定性能、降低辅助 冷却系统的运营成本，实现高压变频节能项目收益最大 化，具有积极意义。 2 设备概况 北京京能高安屯燃气热电有限责任公司燃气-蒸 汽联合循环机组，采用1套845MW级燃气蒸汽联合 循环“二拖一”多轴布置机组。全厂配置为：2台9F 级型号为SGT5-4000F（4）燃气轮机；2台型号为 QFSN-300-2燃气轮发电机；2台卧式余热锅炉；1台 型号为LZC266-12.5/0.4/545/540供热蒸汽轮机和1台 300MW级型号为QFSN-300-2汽轮发电机。燃机发电 Contrastive Analysis of Two Different Cooling Modes in High Voltage Frequency Conversion Application 万方数据 2017.07 AUTOMATION PANORAMA95 机和蒸汽发电机组为分轴布置。 公司循环水系统配置了4台循环水泵。机组运行 中，在保证循环水量充足供应的前提下，为降低循环水 泵的能耗，循环水系统中2号、3号循环水泵采用了变频 设计，既可以工频运行也可以变频运行。1号、4号循环 水泵只能工频运行。 3 两种冷却方案比较 按 照 变 频 器 额 定 功 率 1 1 2 0 k W 、 变 频 器 效 率 9 6 % 计 算 ， 每 台 高 压 变 频 器 的 额 定 发 热 量 。即：如果将变 频器室内环境维持在允许工作温度范围内，必须将变频 器产生的热量全部带出室外，避免变频器室内出现热量 累积。因此，每台变频器对制冷或热交换系统的冷量需 求约50kW。 为满足变频器运行中冷却条件的要求，有两种冷却 方式可供选择。第一种方式为空-水冷却系统,第二种 冷却方式为强制密闭冷却系统。 3.1 空-水冷却方式 3.1.1 系统介绍 BLH-CK系列空-水冷却系统，从根本上解决了单 位散热密度高、功率大的问题，有效提高了系统安全可 靠性，降低了运营成本。该系统是一种可将变频器柜顶 排出的热风100%进行热交换冷却的高效、环保、节能 的封闭式冷却系统。该系统由于其采用完全机械型式设 计，较空调等电力、电子设备而言系统简单，具有明显 的安全、可靠性。 其工作原理是：将变频器的热风通过风道直接通过空 冷装置进行热交换，由交换器内部的冷却水管道与热空气 进行非介质接触式交换，直接将变频器散失的热量带走； 避免变频器对室内环境形成加热作用。空冷装置的供水压 力在0.250.35MPa、冷水温度不大于33时，即可保证热 风经过交换器后，将变频器室内的环境温度控制在40以 下1。从而保证变频器室内良好的运行环境。 同时，由于房间密闭，变频器利用室内的循环风进 行设备冷却，具有粉尘度低，维护量小的特点；减少 了环境对变频器功率柜、控制柜运行稳定性的不利影 响。空-水冷却系统结构原理图如图1所示。 图1 空-水冷却系统结构原理图 该系统具备以下几方面的特点： （1）设备安装简单、快捷。 （2）设备使用寿命长，故障率低，性能可靠。 （3）运营成本低。空-水冷却系统的运营成本只 有同等热交换功率空调冷却方式的1/51/81。 （4）变频器免维护周期长、维护量低小，环境 卫生。 3.1.2 安全性能评价 该系统设备整体安装于高压变频器室墙外，冷却 水与循环风完全分离，水管线在变频室外与高压设备 明确分离，确保高压设备室不会受到防水、绝缘破坏 等安全威胁和事故；避免冷却水管线在高压室内布局 容易出现破裂后漏水，从而危及高压设备运行安全的 严重事故发生。在空-水冷却系统的设计当中，为了 防止空冷装置出口侧凝露带水排入室内，对空-水冷 却装置的出风口、风速等指标进行设计计算；保证良 好的排压情况下，运行安全稳定。同时，冷却系统提 供风机、空-水冷却装置的故障报警检测点，可远传 至DCS。 3.2 强制密闭冷却方式 3.2.1 系统介绍 强制密闭式冷却系统（如图2所示）采用R134a制 冷剂作为热交换介质，利用高效制冷压缩机组进行冷 热量转换。室内热交换器直接安装于变频器功率柜柜 顶，柜顶排出的热风经热交换器后由制冷剂直接将热 量带到室外；通过压缩机组将热量散失到大气中。该 万方数据 专栏 Column 96 荷大小选择开启一台或两台工作，提高冷却装置的安全 经济性能。当单段电源故障时，另外一侧电源带两台压 缩机100负荷，提高系统安全、可靠性能。同时提供 温度、运行状态、故障报警等DCS标准信号接口。 4 结语 通过对两种不同冷却方式的技术性对比分析可以 看出：在现场空间允许的情况下，采用空-水冷却系统 是最佳方案，而在空间受限的情况下，密闭冷却不失为 一种理想的冷却解决方案。由于现场设备空间的局限 性，北京京能高安屯燃气热电有限责任公司最终选择了 强制密闭冷却系统。AP 作者简介： 吴洪文（1981-），男，内蒙古赤峰人，助理工程师， 本科，现就职于北京京能高安屯燃气热电有限责任公 司，从事发电厂生产管理工作。 崔国东（1993-），男，北京人，助理工程师，本 科，现就职于北京京能高安屯燃气热电有限责任公司， 从事发电厂集控运行工作。 成涛（1986-），男，河北邯郸人，助理工程师，本 科，现就职于北京京能高安屯燃气热电有限责任公司， 从事发电厂集控运行工作。 系统可保证变频器始终处于3035的运行环境1， 大幅度延长滤网更换周期减少现场维护量。且不受现 场安装空间、位置、环境温度等条件限制，具有更强 的适应能力。制冷压缩机组安装于变频器附近，允许 在-15+45环境温度下持续工作1。 图2 强制密闭式冷却系统 该系统具备以下几方面的特点： （1）密闭冷却与变频器一体化设计，系统结构紧 凑，体积小2。 （2）采用工业用高效涡旋式制冷压缩机组，高 效、节能、环保。 （3）运营成本低。密闭冷却系统的运营成本只有 同等热交换功率空调冷却方式的1/31/21。 （4）设备封闭环境运行，变频器不受室外环境 影响2。 3.2.2 安全性能评价 设备整体安装于变频器功率柜顶部，冷却器采用大 风量小焓差的方式设计，出风口无冷凝。系统配备制冷 压缩机组和两路独立电源供电，根据变频器运行功率负 参考文献： 1 刘军祥. 高压大功率变频器的两种冷却方式比较J. 变频通讯，2007（ 6 ）. 2 刘军祥. 高压变频器应用环境的研究与分析A. 水泥工业节电和变频技术研讨会论文集C. 2011, 75 - 78. 数字化电厂 万方数据