1引言

目前，高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術已在電力行業(yè)中得到廣泛應用。隨著600mw及以上機組成為火力發(fā)電的主力機型，高壓變頻器在引風機、一次風機、凝結(jié)泵等變頻節(jié)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)境問題成為直接影響變頻器自身運行可靠性和機組安全穩(wěn)定的重要因素之一。而且，隨著變頻器裝機容量和功率的增加，其輔助冷卻系統(tǒng)的投資和運營成本也逐漸成為項目實施不可小覷的一個重要環(huán)節(jié)。采取配套適用的高壓變頻專用冷卻系統(tǒng)，對提高設備安全運行、穩(wěn)定性能、降低輔助冷卻系統(tǒng)的運營成本，實現(xiàn)高壓變頻節(jié)能項目收益最大化，具有積極意義。

2兩種冷卻方案比較

大唐某電廠根據(jù)節(jié)能降耗措施的需要，對3#、4#機組配套的2240kw一次風機系統(tǒng)實施變頻節(jié)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：qb=p×(1-η)=2240×(1-96%)=89.6kw即：如果將變頻器室內(nèi)環(huán)境維持在允許工作溫度范圍內(nèi)，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(nèi)出現(xiàn)熱量累積。因此，每臺變頻器對制冷或熱交換系統(tǒng)的冷量需求約90kw。

如果采用空調(diào)方式冷卻，那么，每小時將需要消耗36kw.h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機變頻器節(jié)約的電量作為代價，既不經(jīng)濟也不符合變頻改造的初衷。采用風道冷卻方式，可以節(jié)能，但是又會因現(xiàn)場粉塵原因，帶來設備維護量大、易引發(fā)設備故障等影響設備運行安全。

經(jīng)過多方研究論證，結(jié)合現(xiàn)場的安裝位置和空間情況，為2臺harvert系列一次風機高壓變頻器分別采用了空-水冷卻系統(tǒng)和密閉冷卻系統(tǒng)。從而，既滿足設備運行安全，又解決了冷卻系統(tǒng)運行成本高的問題，達到節(jié)能降耗的目的。

2.1空-水冷卻方案

3#機組a一次風機現(xiàn)場空間位置較大，適合采用空間需求較大的空-水冷卻系統(tǒng)。

2.1.1系統(tǒng)介紹

blh-ck系列空－水冷卻系統(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。該系統(tǒng)是一種可將變頻器柜頂排出的熱風100%進行熱交換冷卻的高效、環(huán)保、節(jié)能的封閉式冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)由于其采用完全機械型式設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言系統(tǒng)簡單，具有明顯的安全、可靠性。

其工作原理是：將變頻器的熱風通過風道直接經(jīng)過空-冷裝置進行熱交換，由交換器內(nèi)部的冷卻水管道與熱空氣進行非介質(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(nèi)環(huán)境形成加熱作用?？绽溲b置的供水壓力在0.25~0.35mpa、冷水溫度不大于33℃時，即可保證熱風經(jīng)過熱交換器后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。

同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵濃度低，維護量小的特點；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?？?水冷卻系統(tǒng)結(jié)構原理圖如圖1所示。

該系統(tǒng)具有以下幾方面的特點：

(1)設備安裝簡單、快捷；

(2)設備使用壽命長，故障率低，性能可靠；

(3)運營成本低?？眨鋮s系統(tǒng)的運營成本只有同等熱交換功率空調(diào)冷卻方式的1/5~1/8；

(4)變頻器免維護周期長、維護量低小，環(huán)境衛(wèi)生好。

2.1.2安全性能評價

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

2.2密閉冷卻方案

3#機組b一次風機現(xiàn)場空間位置有限，采用占地面積較小的密閉冷卻系統(tǒng)。

2.2.1系統(tǒng)介紹

密閉式冷卻系統(tǒng)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行冷熱量轉(zhuǎn)換。室內(nèi)熱交換器直接安裝于變頻器功率柜柜頂，柜頂排出的熱風經(jīng)熱交換器后由制冷劑直接將熱量帶到室外，通過壓縮機組將熱量散失到大氣中。該系統(tǒng)能夠保證變頻器始終處于30~35℃運行環(huán)境，大幅度延長濾網(wǎng)更換周期減少現(xiàn)場維護量。且不受現(xiàn)場安裝空間、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(xù)工作。密閉式冷卻系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2密閉式冷卻系統(tǒng)示意圖

該系統(tǒng)具有以下幾方面的特點：

(1)密閉冷卻與變頻器一體化設計，系統(tǒng)結(jié)構緊湊，體積?。?/p>

(2)采用工業(yè)用高效渦旋式制冷壓縮機組，高效、節(jié)能、環(huán)保；

(3)運營成本低。密閉冷卻系統(tǒng)的運營成本只有同等熱交換功率空調(diào)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。

2.2.2安全性能評價

設備整體安裝于變頻器功率柜頂部，冷卻器采用大風量小焓差的方式設計，出風口無冷凝。系統(tǒng)配備制冷壓縮機組和2路獨立電源供電，根據(jù)變頻器運行功率負荷大小，選擇開啟1臺或2臺工作，提高了冷卻裝置的安全經(jīng)濟性能。當單段電源故障時，另外一側(cè)電源帶2臺壓縮機100%負荷，提高了系統(tǒng)安全、可靠性能。同時，還可提供溫度、運行狀態(tài)、故障報警等dcs標準信號接口。

2.3兩種不同冷卻方式的比較

通過對兩種不同冷卻方式在600mw機組一次風機變頻器改造中應用的技術性能的對比分析可以看出：在現(xiàn)場空間允許的情況下，采用空-水冷卻系統(tǒng)是最佳方案，而在空間受限的情況密閉冷卻系統(tǒng)不失為一種理想的冷卻解決方案。

3運行效果

3#機組a、b一次風機系統(tǒng)在不同機組負荷工況采用變頻方式運行時的溫度曲線如圖3所示。由圖中可以看出：采用空-水冷卻系統(tǒng)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(wěn)定，溫度在31~35℃之間波動，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，2臺一次風變頻器冷卻系統(tǒng)的實際耗電量統(tǒng)計如附表所示。通過數(shù)據(jù)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(tǒng)的變頻器較密閉冷卻方式的變頻器平均每天少用電251kw.h，相比而言節(jié)約66%電量。

附表變頻器冷卻系統(tǒng)的實際耗電量統(tǒng)計

若以年運行7000h計算，2臺變頻器采用空調(diào)冷卻則需要消耗50.4萬kw.h電能；而a一次風機變頻器空-水冷卻系統(tǒng)的年耗電量3.7萬kw.h，b一次風機變頻器密閉冷卻的年耗電量11.0萬kw.h。2臺變頻器由于采用新型冷卻方式運行，每年節(jié)約電量達35.7萬kw.h，經(jīng)濟效益顯著。

4結(jié)束語

自2009年4月投運以來，該系統(tǒng)已平穩(wěn)運行超過16000h，未發(fā)生一起超溫故障和變頻器非正常停機事故，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重要的作用。實踐證明：2種新型冷卻方式的實際應用，大大提高了高壓變頻的安全穩(wěn)定性、實現(xiàn)節(jié)能效益最大化。并為今后高壓變頻節(jié)能改造實施提供了寶貴的可借鑒經(jīng)驗。

圖3不同機組負荷變頻運行時的溫度曲線