目前，高壓變頻調速節能技術(shù)已在電力行業(yè)中得到廣泛應用。隨著(zhù)600MW及以上機組成為火力發(fā)電的主力機型，高壓變頻器在引風(fēng)機、一次風(fēng)機、凝結泵等變頻節能改造應用中的容量，也都在逐步提高到2000kW以上。高壓變頻器應用中的設備散熱和運行環(huán)境問(wèn)題成為直接影響變頻器自身運行可靠性和機組安全穩定的重要因素。而且，隨著(zhù)變頻器裝機容量和功率的增加，其輔助冷卻系統的投資和運營(yíng)成本也逐漸成為項目實(shí)施不可小覷的一個(gè)重要環(huán)節。采取配套適用的高壓變頻專(zhuān)用冷卻系統，對提高設備安全穩定性能、降低輔助冷卻系統的運營(yíng)成本，實(shí)現高壓變頻節能項目收益最大化，具有積極意義。

一、兩種冷卻方案比較

       我公司對電廠(chǎng)根據節能降耗措施的需要，對3#、4#機組配套的2240kW一次風(fēng)機系統實(shí)施變頻節能改造。按照變頻器額定功率2240kW、變頻器效率96%計算，每臺高壓變頻器的額定發(fā)熱量。

       即：如果將變頻器室內環(huán)境維持在允許工作溫度范圍內，必須將變頻器產(chǎn)生的熱量全部帶出室外，避免變頻器室內出現熱量累積。因此，每臺變頻器對制冷或熱交換系統的冷量需求約90kW。

       如果采用空調方式冷卻，那么，每小時(shí)需要將消耗36kWh的電能用于變頻器本體散熱。這不僅需要大量的設備投資，還需要以損失一次風(fēng)機變頻器節約的電量作為代價(jià);既不經(jīng)濟也不符合變頻改造的初衷。采用風(fēng)道冷卻方式，可以節能;但是又會(huì )因現場(chǎng)粉塵原因，帶來(lái)設備維護量大、易引發(fā)設備故障等影響設備運行安全。

       經(jīng)過(guò)多方研究論證，結合現場(chǎng)的安裝位置和空間情況，為兩臺HARVERT系列一次風(fēng)機高壓變頻器分別采用了空-水冷卻器系統和密閉冷卻系統。從而，既滿(mǎn)足設備運行安全，又解決了冷卻系統運行成本高的問(wèn)題，達到節能降耗的目的。

   1.1 空氣水冷卻器方案

        3#機組A一次風(fēng)機現場(chǎng)空間位置較大，適合采用空間需求較大的空-水冷卻系統。

   1.1.1 系統介紹

          KR系空-水冷卻器系統，從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統安全可靠性、降低運營(yíng)成本的問(wèn)題。該系統是一種可將變頻器柜頂排出的熱風(fēng)100%進(jìn)行熱交換冷卻的高效、環(huán)保、節能的封閉式冷卻系統。該系統由于其采用完全機械型式設計，較空調等電力、電子設備而言系統簡(jiǎn)單，具有明顯的安全、可靠性。

         其工作原理是：將變頻器的熱風(fēng)通過(guò)風(fēng)道直接通過(guò)空冷裝置進(jìn)行熱交換，由交換器內部的冷卻水管道與熱空氣進(jìn)行非介質(zhì)接觸式交換，直接將變頻器散失的熱量帶走;避免變頻器對室內環(huán)境形成加熱作用。空冷裝置的供水壓力在0.25~0.35MPa、冷水溫度不大于33℃時(shí)，即可保證熱風(fēng)經(jīng)過(guò)交換器后，將變頻器室內的環(huán)境溫度控制在40℃以下。從而，保證了變頻器室內良好的運行環(huán)境。同時(shí)，由于房間密閉，變頻器利用室內的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點(diǎn);減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩定性的不利影響。空-水冷卻器系統結構原理圖如下：

空-水冷卻器系統具備以下幾方面的特點(diǎn)：

    1) 設備安裝簡(jiǎn)單、快捷。

    2) 設備使用壽命長(cháng)，故障率低，性能可靠。

    3) 運營(yíng)成本低。空-水冷卻系統的運營(yíng)成本只有同等熱交換功率空調冷卻方式的1/5~1/8。

    4) 變頻器免維護周期長(cháng)、維護量低小，環(huán)境衛生。

1.1.2安全性能評價(jià)

       該系統設備整體安裝于高壓變頻器室墻外，冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線(xiàn)在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會(huì )受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故;避免冷卻水管線(xiàn)在高壓室內布局容易出現破裂后漏水危及高壓設備運行安全的嚴重事故發(fā)生。在空-水冷卻系統的設計當中，為了防止空冷裝置出口側凝露帶水排入室內，對空-水冷卻裝置的出風(fēng)口、風(fēng)速等指標進(jìn)行設計計算;保證良好的排壓情況下，運行安全穩定。同時(shí)，冷卻系統提供風(fēng)機、空-水冷卻裝置的故障報警檢測點(diǎn)，可遠傳至DCS。

1.2 密閉冷卻方案

       3#機組B一次風(fēng)機現場(chǎng)空間位置有限，采用占地面積較小的密閉冷卻系統。

1.2.1系統介紹

        密閉式冷卻系統采用R134a制冷劑作為熱交換介質(zhì)，利用高效制冷壓縮機組進(jìn)行冷熱量轉換。室內熱交換器直接安裝于變頻器功率柜柜頂，柜頂排出的熱風(fēng)經(jīng)熱交換器后由制冷劑直接將熱量帶到室外;通過(guò)壓縮機組將熱量散失到大氣中。該系統能夠保證變頻器始終處于30~35℃運行環(huán)境，大幅度延長(cháng)濾網(wǎng)更換周期減少現場(chǎng)維護量。且不受現場(chǎng)安裝空間、位置、環(huán)境溫度等條件限制，具有更強的適應能力。制冷壓縮機組安裝于變頻器附近，允許在-15~+45℃環(huán)境溫度下持續工作。

  該系統具備以下幾方面的特點(diǎn)：

     1) 密閉冷卻與變頻器一體化設計，系統結構緊湊，體積小。

     2) 采用工業(yè)用高效渦旋式制冷壓縮機組，高效、節能、環(huán)保。

     3) 運營(yíng)成本低。密閉冷卻系統的運營(yíng)成本只有同等熱交換功率空調冷卻方式的1/3~1/2。

     4) 設備封閉環(huán)境運行，變頻器不受室外環(huán)境影響。

1.2.2 安全性能評價(jià)

        設備整體安裝于變頻器功率柜頂部，冷卻器采用大風(fēng)量小焓差的方式設計，出風(fēng)口無(wú)冷凝。系統配備制冷壓縮機組和兩路獨立電源供電，根據變頻器運行功率負荷大小選擇開(kāi)啟一臺或兩臺工作，提高冷卻裝置的安全經(jīng)濟性能。當單段電源故障時(shí)，另外一側電源帶兩臺壓縮機100%負荷，提高系統安全、可靠性能。同時(shí)，提供溫度、運行狀態(tài)、故障報警等DCS標準信號接口。

1.3 小結

       通過(guò)對兩種不同冷卻方式在600MW機組一次風(fēng)機變頻器改造中應用的技術(shù)性對比分析可以看出：在現場(chǎng)空間允許的情況下，采用空-水冷卻系統是方案，而在空間受限的情況密閉冷冷卻不失為一種理想的冷卻解決方案。

2.運行效果

     3#機組A、B一次風(fēng)機系統在不同機組負荷工況采用變頻方式運行時(shí)的溫度曲線(xiàn)如下圖所示。由圖中可以看出：采用空水冷卻系統的變頻器溫度在22~38.5℃之間變化，受室外環(huán)境溫差和機組負荷的影響明顯;采用密閉冷卻的變頻器溫度則相對比較穩定，溫度在31~35℃之間波動(dòng)，受室外環(huán)境和機組負荷的影響較小。

     3#機組采用變頻改造后，兩臺一次風(fēng)變頻器冷卻系統的實(shí)際耗電量統計如下所示。通過(guò)數據分析可以得出：在同一機組的同負載運行工況下，采用空水冷卻系統的變頻器較密閉冷卻方式的變頻器平均每天少用251度，相比而言節約66%電量。

     若以年運行7000小時(shí)計算，兩臺變頻器采用空調冷卻則需要消耗50.4萬(wàn)度電;而A一次風(fēng)機變頻器空-水冷卻系統的年耗電量3.7萬(wàn)kWh，B一次風(fēng)機變頻器密閉冷卻的年耗電量11.0萬(wàn)kWh。兩臺變頻器由于采用新型冷卻方式運行，每年節約電量達35.7萬(wàn)度，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

3.結束語(yǔ)

     自2009年4月投運以來(lái)，該系統已平穩運行超過(guò)16000h，未發(fā)生一起超溫故障和變頻器非停事故，為保障機組安全運行、變頻器對發(fā)電生產(chǎn)的負面影響起到至關(guān)重要的作用。實(shí)踐證明：兩種新型冷卻方式的實(shí)際應用，大大提高了高壓變頻的安全穩定性、實(shí)現節能效益最大化。并為今后高壓變頻節能改造實(shí)施提供了寶貴的可借鑒經(jīng)驗。
 
       我公司生產(chǎn)的空氣、水冷卻器主要用于汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機的冷卻之用，也可作為各種工程中的換熱、采暖、干燥及制冷設備。