2240kW凝結(jié)泵高壓變頻器幾種冷卻方式的可行性論證

一、概況
　　高壓變?yōu)l器應(yīng)用中的設(shè)備散熱和運行環(huán)境問題直接影響設(shè)備自身的安全，隨著變頻器功率的不斷提高，其輔助冷卻的投資和運營成本也逐漸得到業(yè)內(nèi)和客戶的關(guān)注。采用專業(yè)的高壓變頻專用冷卻系統(tǒng)，提高設(shè)備安全穩(wěn)定性能，降低輔助冷卻系統(tǒng)的運營成本，成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問題之一。下面就以2240kW凝結(jié)泵高壓變頻器的冷卻解決方案為例，對幾種冷卻方式進(jìn)行可行性分析論證。
二、系統(tǒng)分析
1．空調(diào)密閉冷卻方式
1.1系統(tǒng)介紹
　　為了提高高壓大功率變頻器的應(yīng)用穩(wěn)定性，解決好高壓變頻器環(huán)境散熱問題，目前常用的辦法是采用密閉式空調(diào)冷卻方式。該方法主要是為高壓變頻器提供一個固定的具有隔熱保溫效果的房間，根據(jù)高壓變頻器的發(fā)熱量和房間面積大小計算出空調(diào)的制冷量，從而配備一定數(shù)量的空調(diào)。
1.2設(shè)備供貨范圍

序號	設(shè)備名稱	型號及規(guī)格	數(shù)量
1	空? 調(diào)	KF-280LW/E	4臺

1.3技術(shù)指標(biāo)

序號	性能指標(biāo)	參數(shù)
1	能效比	2.5
2	額定制冷量(kW)	28
3	額定輸入功率(kW)	12
4	電源規(guī)格	3-380-50
5	循環(huán)風(fēng)量（m3/h）	3200

1.5系統(tǒng)安裝
凝結(jié)泵高壓變頻器室內(nèi)尺寸為：長11700mm，寬4000mm，高3500mm。尺寸平面布置如圖1所示。

圖1：凝結(jié)泵高壓變頻器室尺寸平面布置簡圖

2．空-水冷卻方式
2.1系統(tǒng)介紹
　　高壓變頻器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接進(jìn)入空冷裝置進(jìn)行熱交換，由冷卻水直接將高壓變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)?？绽溲b置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將高壓變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下，滿足高壓變頻器對環(huán)境運行的要求。從而，保證了高壓變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在高壓變頻器室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。
2.2設(shè)備供貨范圍

序號	設(shè)備名稱	型號及規(guī)格	數(shù)量
1	空－水冷卻系統(tǒng)	BLH-CK-105	1套

2.3技術(shù)指標(biāo)：

序號	性能	參數(shù)
1	額定熱交換功率(kW)	50+55
2	外型尺寸(mm)	1200×950（長×寬）
3	耗水量（m3/h）	30.1
4	工作水壓（Mpa）	0.25～0.35Mpa,
5	工作水溫（℃）	≤33
6	出風(fēng)溫度（℃）	≤40

2.4 空-水冷卻系統(tǒng)選配原則
　　按照高壓變頻器額定功率2240kW，運行效率96％進(jìn)行計算：2240kW的高壓變頻器的最大散熱功率為，2240×4％＝89.6kW。由于該系統(tǒng)將高壓變頻器排出的熱風(fēng)全部通過空水冷卻裝置實現(xiàn)了熱交換，然后將冷風(fēng)排回室內(nèi)，因此，其風(fēng)路循環(huán)效率得到極大提高。風(fēng)路循環(huán)效率接近99％?？紤]到極限運行情況下的發(fā)熱量，以及水溫偏高、系統(tǒng)交換效率等因素，空冷器的設(shè)計裕度通常選擇為1.15～1.2倍。以設(shè)計裕度1.15進(jìn)行計算，空冷器的熱交換功率不小于103.04kW/臺，實際選用的空冷器功率為105kW。
2.5系統(tǒng)安裝
　　現(xiàn)場高壓變頻器室房屋室內(nèi)尺寸要求為：長10700mm，寬3600mm，高3500mm。具體尺寸及結(jié)構(gòu)平面布局如圖2所示。

圖2：現(xiàn)場高壓變頻器室房屋具體尺寸及結(jié)構(gòu)平面布局

3．強(qiáng)制密閉冷卻方式
3.1系統(tǒng)介紹
　　強(qiáng)制密閉式冷卻系統(tǒng)作為高壓變頻器功率柜外的附屬裝置，能夠保證高壓變頻器功率柜始終處于25－35℃運行環(huán)境，大幅度延長濾網(wǎng)更換周期，減少現(xiàn)場維護(hù)量。不需要為高壓變頻器再獨立建筑房屋，變壓器柜采用開放式冷卻。強(qiáng)制冷卻裝置與高壓變頻器功率柜一體化設(shè)計，附著于功率柜頂部。制冷壓縮機(jī)組安裝于高壓變頻器附近。
3.2設(shè)備供貨范圍

序號	設(shè)備名稱	型號及規(guī)格	數(shù)量
1	強(qiáng)制密閉式冷卻裝置	BLH-CM-56	1臺

3.3技術(shù)指標(biāo)

序號	性能	參數(shù)
1	額定制冷量(kW)	56
2	額定輸入功率(kW)	22.4
3	工作電源(V)	380VAC/3PH，2路
4	電流頻率(Hz)	50Hz
5	控制溫度（℃）	≤35
6	循環(huán)風(fēng)量(m3/h)	2×3500

3.4適用場合及原則
　　（1）適用于額定功率為1000 kW及以上的高壓變頻器設(shè)備自身冷卻。
　?。?）現(xiàn)場安裝位置受到限制，高壓變頻器需要在廠房中開放空間中布局。環(huán)境溫度高，具有粉塵，無明顯漏水、淋雨特征的運行場合。
　?。?）安裝空間狹小，不能夠建筑房屋的室內(nèi)環(huán)境。
　　（4）現(xiàn)場能夠提供兩路380VAC/3PH電源。
　　（5）空間高度大于3.5米。高壓變頻器功率柜前方應(yīng)有大于695mm的空間，以便于柜門開啟。
3.5強(qiáng)制密閉式冷卻裝置的選配原則
　　強(qiáng)制密閉式冷卻裝置按照單臺高壓變頻裝置的功率柜為對象進(jìn)行對等配置。2240kW的變頻器配置的閉式冷卻裝置功率值=2240×2%×1.25（設(shè)計裕度）=56kW，實際選用56kW的閉式冷卻裝置。根據(jù)閉式冷卻裝置的設(shè)計原則，該套冷卻系統(tǒng)僅限于對溫度要求較高的功率柜進(jìn)行配置。變壓器柜采用開放式冷卻，溫度散失到環(huán)境中；允許溫升80K，高溫報警值120℃完全能夠滿足運行安全的要求。
3.6系統(tǒng)安裝
　　不需要單獨建造房間，有高壓變頻器的安裝位置即可。
4．冷卻方式的比較

序號	項目	空調(diào)冷卻方案	空－水冷卻方案	強(qiáng)制密閉式冷卻方案
1	變頻器裝機(jī)容量	2240kW	2240kW	2240kW
2	設(shè)備額定散熱功率	89.6 kW	89.6kW	44.8 kW (僅對功率柜)
3	冷卻功率設(shè)計能力	112kW	105kW	56kW
4	設(shè)計余量系數(shù)	1.25	1.17	1.25
5	設(shè)備安裝數(shù)量	4臺	1套	1臺
6	冗余設(shè)計	無	電源、風(fēng)路、設(shè)備冗余	電源、風(fēng)路、壓機(jī)冗余
7	設(shè)備安裝方式	需單獨布置	整體施工安裝	與變頻器一體化設(shè)計
8	旁路處理方式	無	可開放式通風(fēng)冷卻	可開放式通風(fēng)冷卻
9	運行成本(0.37元/度)	0.198元/kW	0.024元/kW	0.105元/kW
10	占用空間尺寸	11700mm×4000mm	11000mm×3600mm	不需要單獨建造房間
11	濾網(wǎng)清洗周期	7~15天	30～45天	30～45天
12	平均無故障運行時間	7000h	50000h	20000h

三、結(jié)論
　　以上針對2240kW凝結(jié)泵高壓變頻器的冷卻問題進(jìn)行了技術(shù)可行性、安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性的綜合分析可以看出：新型冷卻系統(tǒng)(空－水冷卻、強(qiáng)制密閉式冷卻)在設(shè)計方面充分考慮了設(shè)備故障、熱交換介質(zhì)泄漏、風(fēng)路應(yīng)急旁路、操作簡便、可維護(hù)維修等安全防護(hù)措施，雖然采用新型冷卻系統(tǒng)在設(shè)備一次性投資上較空調(diào)設(shè)備略有提高，但相比空調(diào)冷卻方式，通常系統(tǒng)運行2～3年節(jié)約的電費即可收回投資。另外，采用強(qiáng)制密閉冷卻方案還可節(jié)約近10萬元的房屋土建費用。
　　綜上所述，在2240kW凝結(jié)泵變頻改造項目中，使用強(qiáng)制密閉式冷卻方案具有占地省，性價比高的優(yōu)勢，因此，推薦使用此種方案對高壓變頻器進(jìn)行冷卻。