空—水冷却系统在塔山电厂600MW机组给水泵变频节能改造中的应用

徐英慧　陈文慧

【摘 要】该论文主要讲述了空—水冷却系统在塔山电厂600MW机组给水泵变频节能改造中的应用，并重点讲述了利用空—水冷却系统实现变频器室散热的系统解决方案。

【关键词】空—水冷却系统；变频器；节能

中图分类号： TM921.51 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0018-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.007

1 项目介绍

塔山电厂600MW机组#2号机给水泵变频节能改造采用智光电气自主研发、设计、生产的14000kVA/10kV级超大容量高压变频器，该项目是国内首次在600MW等级机组上采用的最大容量的国产高压变频器，同时也是第一次将600MW机组给水泵液力偶合器改造为增速箱，整体改造方案严谨、科学，整个系统首次安装并实现了远程在线监测，完善的技术改造方案保障了整个项目的安全、稳定及节能效果[1]。该项目为保证变频器的安全稳定运行，采用了空—水冷却系统保证变频的运行环境，至今，空—水冷却系统已运行一年半，设备运行稳定，维护简单、方便，变频器也未发生过一次故障。本文从系统的角度阐述了本次改造过程中空—水冷却系统的应用。

2 高压变频系统对工作环境的要求

随着高压大功率变频器在各行各业得到广泛的应用，变频器功率的不断提高，其辅助冷却的投资和运营成本等应用问题也逐渐得到业内和客户的关注。只有解决好高压变频器应用中的系统控制、工艺优化、环境控制、安全防护等问题，才能切实保障系统安全、提高设备稳定性。而解决好高压大功率变频器的运行环境控制则是保障设备稳定和安全运行的重要环节之一。

保证变频器具有良好的运行环境，必须对变频器及运行环境的温度控制采取措施。采用专业的高压变频专用冷却系统，提高设备安全稳定性能，降低輔助冷却系统的运营成本，成为高压变频应用中需要考虑的重要问题之一。高压变频器对运行环境温度通常要求在0～40℃，环境粉尘含量低于950ppm。所以，解决高压变频器的散热和运行环境问题，对保证设备安全稳定运行至关重要。因此，采用何种冷却方式和系统结构是变频器节能改造的重要环节。

3 空-水冷却系统

空-水冷却系统是一种高效、环保、节能的冷却系统。在电力、钢铁等行业的高压大功率变频应用中得到广泛的推广应用。该系统从根本上解决了单位散热密度高、功率大，有效提高系统安全可靠性、降低运营成本的问题。由于其采用完全机械结构设计，较空调等电力、电子设备而言具有明显的安全、可靠性。

3.1 空—水冷系统工作原理

（1）主要工作原理是：将变频器的热风通过风道直接引入空冷装置进行热交换，由冷却水直接将变频器散失的热量带走；经过降温的冷风排回至室内，完成变频器的内部风循环。空冷装置内通过冷水温度低于33 ℃时，即可以保证热风经过散热片后，将变频器室内的环境温度控制在40℃以下满足变频器对环境运行的要求。

（2）由于房间密闭，变频器利用室内的循环风进行设备冷却具有粉尘度低，维护量小的特点；减少了环境对变频器功率柜、控制柜运行稳定性的不利影响，保证了变频器室内良好的运行环境。设备故障率大大降低，设备维护量也减少；冷却水循环与循环风完全分离，水管线在变频室外与变频器明确分离，确保变频器不会受到漏水、绝缘破坏等安全威胁和事故，提高了设备运行的安全可靠性。

3.2 空—水冷系统安装方式

空-水冷却设备一般安装在室外，根据项目现场情况（如场地，变频器室结构，变频器室总发热量、总排风量等），通常有两种安装方式，一是，通过风管连接至变频器散热风扇，其运行时产生的热量由空-水冷系统直接回收，经热交换后再排至室内，如图1所示。二是，变频器室通过彩钢板吊顶将变频器室内冷、热风隔离，通过空-水冷却设备的离心风机将热风均匀抽至每个空-水冷系统，经热交换后再均匀排至室内，如图2所示。

3.3 空—水冷系统特点

（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）设备的运营成本约是同等热交换功率空调的1/3～1/4；

（4）室内密闭冷却、干净卫生，变频器维护量低；

（5）滤网使用周期长；

（6）事故情况下可采用通风冷却，不影响设备安全；

（7）冷却功率留有余量。

4 空-水冷却系统在塔山电厂600MW机组给水泵变频节能改造中的应用

塔山电厂600MW机组#2号机给水泵变频节能改造采用智光电气自主研发、设计、生产的14000kVA/10kV级超大容量高压变频器，由于变频器容量比较大，且两台变频器放置于同一间变频器室，室内发热量很大，为保证变频器的安全稳定运行，采用了空—水冷却系统保证了变频器的运行环境。

4.1 系统发热量核算及设备选型

空—水冷却系统的作用就是将变频器在运行过程中产生的热量散出，其散热量即是变频器运行是的发热量。核算发热量时，需考虑变频器的最大发热量并预留一定的余量，余量的取值根据实际需要选取。

变频器的最大发热量可按如下方式核算：

最大发热量=设备额定功率×（1-设备效率）×设备负荷率

核算时可按如下经验核算：

变频器的发热量为额定功率的2%-4%，按最大负荷发热量计算公式为：Qb=P×4%

P为变频器额定功率

Qb即为发热量。

空—水冷设备的选型需考虑空—水冷设备的数量及其运行条件，其换热功率选型可按如下方式核算：

换热功率=×（1+设计余量）

本项目单台变频器参数如下：

本项目两台变频器放置于一个变频器室，按经验核算室内最大发热量=11000kw×2×4%=880kw，考慮一定的余量及风压损失，最终选用的空—水冷设备参数如下：

4.2 安装方式：本项目采用了图2 的安装方式。

4.3 空—水冷密闭冷却与空调密闭冷却经济性对比分析

空调输出制冷量的大小应以W（瓦）来表示，而市场上常用匹来描述空调器制冷量的大小。这二者之间的换算关系为：1匹的制冷量大约为2000大卡，换算成国际单位W（瓦）应乘以1.162。这样，1匹制冷量应为2000大卡×1.162=2324W。这里的W（瓦）即表示制冷量。即10HP风冷空调制冷量为2324W×10=23240W，也就是23.24KW。

本项目若采用10HP空调，则所需空调数量应为：130×8÷23.24=44.75，即约45台10HP的空调能满足现在的工况冷却要求。

暂抛开现场是否有足够的场地来安装空调，单从经济性分析如下：

（1）空调的运行功率即空调的耗电量，一般来说，1匹=0.735KW，即1匹空调每小时的耗电量为0.735KW，那么45台10匹空调满负荷运行状态下每小时的耗电量应为45*10*0.735KW=330.75KW。根据能效比公式EER=制冷量/制冷消耗功率， 可计算出空调的能效比为1040kw/330.75kw=3.14，即采用空调冷却方案的能效比约为3.2。

（2）本项目配备8台空—水冷设备，单台空—水冷制冷量130kw，风量40000m3/h，电机功率为5.5kw×2=11kw。8台空—水冷总耗电功率为11*8=88kw。根据能效比公式EER=制冷量/制冷消耗功率，可计算出空—水冷的能效比为1040kw/88kw=11.8，即采用空—水冷却方案的能效比约为12。

（3）这里的能耗是计算空水冷系统本身的能耗，如果由于水压不能满足而需要加装冷却加压泵的情况下，能耗会相应增加。即便是加上加压泵的能耗，空—水冷的能效比也是远远高于空调密闭冷却方式的，具体对比分析数据如下表：

5 结语

通过案例对比分析，空-水冷却系统具有良好的综合性价比优势，更适合于高压变频器冷却系统工程，可节约大量的投资成本和运行费用，符合系统化节能、环保的要求，可以被更好的利用和推广。在塔山电厂600MW机组#2号机给水泵变频节能改造过程中，空—水冷却系统运行稳定，散热效果好，能耗低，维护简单，满足了高压变频器对环境的要求，为变频系统的稳定运行提供了有力保障。

【参考文献】

[1]谢龙.塔山电厂2号机组电动给水泵变频调速系统的改造及效益[J].现代制造，2017（12）：72-73.