电厂 高压变频器电气室冷却方式节能解决方案.docx

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电厂高压变频器电气室冷却方式节能解决方案

高压变频器电气室

冷却方式节能解决方案

一、概述

随着电力电子技术与交流变频技术的成熟，大容量高压变频调速技术、SVC、SVC等得到广泛应用。

设备在正常工作时部分电能通过电子元器件、电器设备（如功率单元、隔离变压器、电抗器、电容器等）转换成热能的形式，因此设备冷却散热问题是设备稳定和安全运行的重要环节之一。

大功率热源设备常用的运行环境冷却方式有：

强制空气冷却、循环水冷却、热管换热冷却和空调冷却等。

因强制风冷粉尘较大，已逐步淘汰；空调冷却因购置成本及运行费用、维护费用较高也较少采用；热管散热因成本太高、效果不是很理想，基本不采用。

二、高压变频器电气室通风散热方式

电力电子技术集成电气设备，对运行环境有一定要求，通常运行环境要求：

+5—+40ºC,湿度<95%,无凝露，无粉尘，所以用户在安装设备时会将设备安装在封闭的房间内，以保证设备稳定、安全、可靠的运行。

但是设备内部带出来热量不排出室内或耗散，热量就会在室内聚集造成室温升高，这样就会影响设备的正常运行及设备的使用寿命。

如何解决电气室热量散热的问题就成为设备应用中的一个课题。

现以高压变频设备为例，常用的方式有三种：

1　通风管道散热（强制空冷）：

通过管道把热空气直接排出室外，变频器抽取室外空气。

2　空调制冷散热方式：

室内安装空调，通过空调制冷降温。

3　空-水冷装置散热方式：

室外安装空-水冷装置。

通过引风管道将变频器内部带出来热量引至空-水冷装置进行热交换，然后降冷却降温后的冷风引回变频器室。

如下图：

室内室外

空-水冷装置散热方式

1、空-水冷散热装置基本原理

空－水冷却系统是一种利用高效、环保、节能的冷却系统，其应用技术在国内处于领先地位。

其外形及原理如上图所示，从变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证变频器控制室内的环境温度不高于40℃。

安装空-水冷散热装置，要求必须在密闭环境中，为了提高冷却效果，安放设备的空间尽可能小。

流入空-水冷散热装置的水为工业循环水，为保护设备，要求循环水的PH值为中性，且无腐蚀损坏铜铁的杂质，进水的水压一般为0.2～0.5Mpa，进水温度≤33℃。

　　空-水冷散热装置的维护简单易行，一般半年维护1次，进行冷却管道冲洗。

2、空-水冷散热装置特点：

设备放置在相对密闭的室内，热风被收集经过热交换器冷却后，回到室内，达到冷却效果。

其特点是：

（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）设备的运营成本是同等热交换功率空调的1/4-1/5倍，在达到同等冷却量的条件下，空调一至两年的耗电即可购置并安装空-水冷散热系统。

（4）室内密闭冷却、干净卫生，变频器维护量低，提高变频器的稳定性。

3、高压变频器电气室三种通风散热方式比较

方式

项目

通风管道通风散热（空冷）

空调制冷散热

空-水冷装置散热

可靠、稳定性：

可靠性差、受环境影响

可靠稳定，不受外界环境影响

可靠稳定，不受外界环境影响

经济性：

投资成本低、运行成本非常低

投资成本较高、运行成本高

一次性投资成本较高、运行成本低

运行环境：

受外界环境粉尘影响

环境粉尘少

环境粉尘少

维护：

维护周期短、一般一周维护一次

维护周期中等，室外机需经常清洗

维护周期长，一般半年至一年对换热本体清洗一次

使用年限：

约8~10年

约3年

约8-10年。

4、施工安装

根据用户要求一台变频器可配置一至两套空-水冷散热装置，当空-水冷散热装置故障时有应急排风口，不会对变频器运行产生影响，空-水冷散热装置的安装位置可根据现场实际情况布置。

5、安全性能评价

空-水冷散热装置整体安装于高压变频器电气室墙外，采用风道与变频器的柜顶排气口直接连接，提高了冷却器的设备运行效率，能够对变频器排出的热气直接降温处理。

同时，避免冷却水管线在高压室内布局容易出现破裂后漏水危及高压设备运行安全的严重事故发生。

在空-水冷散热系统的设计当中，为了防止空-水冷散热装置出口侧凝露冷风带水排入室内，对空-水冷散热装置的出风口、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。

空-水冷散热装置的出口侧设置了淋水板；当漏水或有积水时，可以直接落入设备内接水盘后排向室外。

完整的冷却系统解决方案，能有效减低了辅助系统的故障率以及对主要设备的运行安全影响程度。

采用空-水冷散热系统后，电气室内全密封并保持微正压，使外界粉尘无法进入室内，保证了电气室洁净度。

另外采用监控设备后，实现了对室内温度、湿度及水压的全过程监测，通过数据上传到中控室内，方便中控值班人员及时了解设备运行环境状况，确保主设备变频器的安全稳定运行。

6、空水冷布置方案图

见附件图纸

7、变频器电气室空-水冷系统散热和空调散热运行经济性对比

对比一（1#2#炉两间变频室采用闭式冷却塔循环供水）

电气室内变频设备情况

室内电气设备运行总发热量

空调散热年耗电量

空-水冷方式年耗电量

对比

分析结果

2间变频室共有：

4台二次风机变频器（900KW）、4台一次风机（1800KW）共计10800KW

10800*4%=

432KW

按空调配置：

电气室内需安装432/2.5=172.8匹的水冷空调

采用变频器一对一形式配置水冷柜，2间变频室空水冷系统采用一台闭式冷却塔循环供水。

（图纸供水方案三）

空-水冷系统比空调散热年节约电费：

空调24.9万-空水冷6.3万＝18.6万元。

1、采用空-水冷散热系统运行的电费只占空调运行电费的6.3÷24.9=25%，按设备使用10年计，可节省空调电费18.6*10=186万元，节省空调维护费用30万，可节省可节省空调二次投资费用约40万。

空调年耗电量：

172.8匹×0.735×7000（h）＝889056kwh。

空-水冷散热风机年耗电量：

约2.2kw×8台×5000（h）＝88000kwh

冷却塔、循环水泵耗电量：

5KW×2000（h）+18KW×7000（h）＝136000kwh

即：

88000kwh+136000kwh=224000kwh

空调年维护费用约为3万元。

空调年运行电费：

889056×0.28（元）＝24.9万元。

空-水冷系统年运行电费：

224000×0.28（元）＝6.3万元。

空-水冷系统基本免维护。

一般情况下采购空调的费用加空调18个月—24个月运行费用即可建成一套完整的空-水冷系统，实际造价随现场供水管道、安装难度有所增减。

对比二（1#2#炉两间变频室采用电厂现场冷却水供水）

电气室内变频设备情况

室内电气设备运行总发热量

空调散热年耗电量

空-水冷方式年耗电量

对比

分析结果

2间变频室共有：

4台二次风机变频器（900KW）、4台一次风机（1800KW）共计10800KW

10800*4%=

432KW

按空调配置：

电气室内需安装432/2.5=172.8匹的水冷空调

采用变频器一对一形式配置水冷柜，2间变频室空水冷系统采用现场冷却水供水（图纸供水方案一）

空-水冷系统比空调散热年节约电费：

空调24.9万-空水冷2.5万＝22.4万元。

1、采用空-水冷散热系统运行的电费只占空调运行电费的2.5÷24.9=10%，按设备使用10年计，可节省空调电费22.4*10=224万元，节省空调维护费用30万，可节省可节省空调二次投资费用约40万。

空调年耗电量：

172.8匹×0.735×7000（h）＝889056kwh。

空-水冷散热风机年耗电量：

约2.2kw×12台×5000（h）＝88000kwh

冬季可停开水冷柜增压风机

空调年维护费用约为3万元。

空调年运行电费：

889056×0.28（元）＝24.9万元。

空-水冷系统年运行电费：

88000×0.28（元）＝2.5万元。

空-水冷系统基本免维护。

一般情况下采购空调的费用加空调18个月—24个月运行费用即可建成一套完整的空-水冷系统，实际造价随现场供水管道、安装难度有所增减。

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8、空水冷应用现场：