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(yùn)行環(huán)境問(wèn)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(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)成本，成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問(wèn)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(duì)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(wèn)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(gè)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(jì)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(hào)	設(shè)備名稱	型號(hào)及規(guī)格	數(shù)量
1	空? 調(diào)	KF-280LW/E	4臺(tái)

1.3技術(shù)指標(biāo)

序號(hào)	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(zhǎng)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(jiǎn)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(guò)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(guò)降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)。空冷裝置內(nèi)通過(guò)冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過(guò)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(duì)環(huán)境運(yùn)行的要求。從而，保證了高壓變頻器室內(nèi)良好的運(yùn)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(huì)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(hào)	設(shè)備名稱	型號(hào)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(hào)	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(zhǎng)×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(yùn)行效率96％進(jìn)行計(jì)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(guò)空水冷卻裝置實(shí)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％。考慮到極限運(yùn)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(jì)裕度通常選擇為1.15～1.2倍。以設(shè)計(jì)裕度1.15進(jìn)行計(jì)算，空冷器的熱交換功率不小于103.04kW/臺(tái)，實(shí)際選用的空冷器功率為105kW。
2.5系統(tǒng)安裝
　　現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻器室房屋室內(nèi)尺寸要求為：長(zhǎng)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(chǎng)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(yùn)行環(huán)境，大幅度延長(zhǎng)濾網(wǎng)更換周期，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。不需要為高壓變頻器再獨(dú)立建筑房屋，變壓器柜采用開(kāi)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(jì)，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(hào)	設(shè)備名稱	型號(hào)及規(guī)格	數(shù)量
1	強(qiáng)制密閉式冷卻裝置	BLH-CM-56	1臺(tái)

3.3技術(shù)指標(biāo)

序號(hào)	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(chǎng)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。
　　（2）現(xiàn)場(chǎng)安裝位置受到限制，高壓變頻器需要在廠房中開(kāi)放空間中布局。環(huán)境溫度高，具有粉塵，無(wú)明顯漏水、淋雨特征的運(yùn)行場(chǎng)合。
　　（3）安裝空間狹小，不能夠建筑房屋的室內(nèi)環(huán)境。
　　（4）現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(tái)高壓變頻裝置的功率柜為對(duì)象進(jìn)行對(duì)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(jì)裕度）=56kW，實(shí)際選用56kW的閉式冷卻裝置。根據(jù)閉式冷卻裝置的設(shè)計(jì)原則，該套冷卻系統(tǒng)僅限于對(duì)溫度要求較高的功率柜進(jìn)行配置。變壓器柜采用開(kāi)放式冷卻，溫度散失到環(huán)境中；允許溫升80K，高溫報(bào)警值120℃完全能夠滿足運(yùn)行安全的要求。
3.6系統(tǒng)安裝
　　不需要單獨(dú)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(hào)	項(xiàng)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(duì)功率柜)
3	冷卻功率設(shè)計(jì)能力	112kW	105kW	56kW
4	設(shè)計(jì)余量系數(shù)	1.25	1.17	1.25
5	設(shè)備安裝數(shù)量	4臺(tái)	1套	1臺(tái)
6	冗余設(shè)計(jì)	無(wú)	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(dú)布置	整體施工安裝	與變頻器一體化設(shè)計(jì)
8	旁路處理方式	無(wú)	可開(kāi)放式通風(fēng)冷卻	可開(kāi)放式通風(fēng)冷卻
9	運(yùn)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(dú)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(wú)故障運(yùn)行時(shí)間	7000h	50000h	20000h

三、結(jié)論
　　以上針對(duì)2240kW凝結(jié)泵高壓變頻器的冷卻問(wèn)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(jì)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(jiǎn)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(yùn)行2～3年節(jié)約的電費(fèi)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(wàn)元的房屋土建費(fèi)用。
　　綜上所述，在2240kW凝結(jié)泵變頻改造項(xiàng)目中，使用強(qiáng)制密閉式冷卻方案具有占地省，性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，因此，推薦使用此種方案對(duì)高壓變頻器進(jìn)行冷卻。