己五采区高强变频器水冷系统应用技术研究

张欣

摘 要：己五采区高强下运皮带采用BPJ1400/1140型变频器进行调速控制，冷却系统采用封闭式循环水冷形式，主要由内散热器、水箱、外散热器、循环泵及风扇等组成。冷却风扇是工作寿命比较短寿的零件，临近工作寿命时，风扇产生振动，噪声开始增大，最后停转，导致变频器IGBT逆变功率单元无法散热，导致变频器IGBT单元模块温升过快，损坏爆裂，同时造成多个原件损坏，从而导致设备瘫痪，影响安全生产。为解决上述问题，本文研究了高强变频器水冷系统应用技术，以供同行参考。

关键词：高强变频器；水冷系统；应用

一、项目产生背景

半年来平煤神马集团八矿因变频器逆变单元模块故障而造成生产事故多达六起之多，每次影响生产时间1624小时。每次故障，逆变模块更换3块，驱动板更换一块，加上人力物力和时间效益，一次故障，直接影响经济损失多达数十万元。为解决这一问题，经过单位技术人员和业务骨干根据现场实际情况研究，并查阅变频器冷却系统的相关资料。变频器的散热方式主要以自然冷却、强迫风冷、水冷三种方式为主，由于水冷散热方式具有优异的散热性能和较高可靠性，且对环境适应能力强，所以水冷散热在大功率变频器上应用非常必要，水冷系统有着散热效果好、结构紧凑、节省空间、水冷设备声音非常小，设备运行环境好，可靠性高，稳定性好，能将系统温度降至室温以下，不受室温限制等优点。结合现场以及成功改造设备冷却的案例，经过多次讨论研究，我们决定将变频器的冷却系统由内循环风冷系统改为外循环水冷系统，经过改造，近三个月的运行状况来看，设备运转良好，未出现任何一起故障，使我单位的事故明显下降，提高了我单位的经济效益。

二、项目技术关键

己五采区高强下运皮带采用BPJ1400/1140型变频器调速控制技术。该部皮带担负己五采区的原煤运输任务，出煤量大，设备长期超负荷运行多次出现故障，主要由于变频器散热不良好引起的，而变频器的冷却系统采用内循环风冷式冷却，其工作原理为：内外散热器担负变频器热量的外泄，内散热器的铜板上安装IGBT逆变功率单元和整流功率单元，其产生的热量传递给散热器内部的冷却水，循环泵将内外散热器之间的冷却水不断循环流动，2台风扇将外散热器传热管内已升温的冷却水通过散热片强制冷却降温，如此反复循环，来实现变频器内部的散热问题。这种冷却系统在井下相对复杂的运行环境中，设备硐室相对封闭，对风扇及风扇电机的损坏较高，特别是风扇电机、风扇以及风扇连接装置极易损坏，造成冷却系统瘫痪，变频器内部原件运行散热不畅，使IGBT单元模块温升过快，损坏爆裂，同时造成多个原件损坏，其中IGBT模块更换达6次之多，每次更换3块，驱动板更换3次之多每次也达到近万元之多，一次故障造成直接损失将近十万，间接影响生产时间1624个小时。为此我们联系厂家把冷却系统的电机备件准备了多套备用，一套風扇连接装置和电机售价近4000元，即使是原厂电机寿命也超不过1个月，既增加材料费又投入大量的人力、物力、财力进行更换。半年内变频器IGBT逆变单元多次烧坏，直接造成经济损失数十万，每次故障损坏配件数万元，间接影响原煤生产造成损失数百万。多次与厂家技术人员沟通，均未能有效解决散热故障的问题。

为此，如何解决变频器的冷却问题成为解决变频器功率单元故障的重中之重。经过单位技术人员和业务骨干根据现场实际情况研究，并查阅变频器冷却系统的相关资料，我们得知变频器的散热方式主要以自然冷却、强迫风冷、水冷三种方式。而自然冷却时间长，且不能使设备长期运转，直接经济原煤运输任务；强迫风冷，经过上述分析在原煤运输任务相对重且井下相对复杂的环境中运行也是不可取，经过多次分析比较，我门决定采用外循环水冷形式。外循环水冷散热方式通过散热片把设备散出热量带出硐室外，从而散热效果，且外循环水冷却具有优异的散热性能和较高可靠性，且对环境适应能力强，。水冷系统有着良好的散热效果好、结构紧凑、节省空间、水冷设备声音非常小，设备运行环境好，可靠性高，稳定性好，能将系统温度降至室温以下，不受室温限制等优点。

改造过程中，我们利用原来水箱加装进出水管，利用管道把散热水排至硐室外的水沟，从而达到热量排到硐室外的效果。改装材料只需购置水管、阀门，安装供水管路、排水管路，拆除最容易出现故障的冷却风扇、水泵，费用控制在几百元，经过试验后效果显著，设备硐室内温度明显下降。近三个月的运行，效果良好。

三、项目达到的实际应用效果

改造后，设备运行至今，变频器再未出现过因散热不良好而引起的逆变单元模块烧坏等类似故障，不会再为准备大量逆变单元模块配件而浪费财力，不会再为更换逆变单元模块而浪费人力、物力，设备运行安全稳定，有效的解决了变频器功率单元散热不好引起的故障问题，降低了设备的事故率，提高了设备的使用寿命。与未改造前相比，己五采区高强变频设备故障影响时间减少了90%以上，不但有效的保证己五采区原煤生产任务的完成而且为单位节约数十万元的材料费支出，带来直接经济效益达百万元。

参考文献：

[1]尹玉兴，朱兆霞.矿用隔爆型变频器水冷散热性能研究[J].煤矿机械，2015（08）：5558.

[2]刘军祥，吕泽玉.高压变频器冷却系统故障分析及处理方法[J].变频器世界，2008（03）：8890.