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                林智謀(天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司，天津 薊縣 301900)  

    摘 要 ：本文介紹了兩種不同冷卻方式在600MW機組一次風機變頻節(jié)能改造中的應用實例，對空-水冷卻系統(tǒng)和密閉冷卻系統(tǒng)兩種冷卻方式進行技術方案和經(jīng)濟效益對比分析，闡述了其中存在的差異和特點。為高壓變頻節(jié)能改造中降低冷卻系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)安全可靠性，提供重要的可借鑒經(jīng)驗。

    關鍵詞 高壓變頻器；空-水冷卻系統(tǒng)；密閉冷卻系統(tǒng)

    引言

    目前，高壓變頻調速節(jié)能技術已在電力行業(yè)中得到廣泛應用。隨著600MW及以上機組成為火力發(fā)電的主力機型，高壓變頻器在引風機、一次風機、凝結泵等變頻節(jié)能改造應用中的容量，也都在逐步提高到2000kW以上。高壓變頻器應用中的設備散熱和運行環(huán)境問題成為直接影響變頻器自身運行可靠性和機組安全穩(wěn)定的重要因素。而且，隨著變頻器裝機容量和功率的增加，其輔助冷卻系統(tǒng)的投資和運營成本也逐漸成為項目實施不可小覷的一個重要環(huán)節(jié)。采取配套適用的高壓變頻專用冷卻系統(tǒng)，對提高設備安全穩(wěn)定性能、降低輔助冷卻系統(tǒng)的運營成本，實現(xiàn)高壓變頻節(jié)能項目收益最大化，具有積極意義。

    1 兩種冷卻方案比較

    大唐某電廠根據(jù)節(jié)能降耗措施的需要，對3#、4#機組配套的2240kW一次風機系統(tǒng)實施變頻節(jié)能改造。按照變頻器額定功率2240kW、變頻器效率96%計算，每臺高壓變頻器的額定發(fā)熱量 。即：如果將變頻器室內(nèi)環(huán)境維持在允許工作溫度范圍內(nèi)，必須將變頻器產(chǎn)生的熱量全部帶出室外，避免變頻器室內(nèi)出現(xiàn)熱量累積。因此，每臺變頻器對制冷或熱交換系統(tǒng)的冷量需求約90kW。

    如果采用空調方式冷卻，那么，每小時需要將消耗36kWh的電能用于變頻器本體散熱。這不僅需要大量的設備投資，還需要以損失一次風機變頻器節(jié)約的電量作為代價；既不經(jīng)濟也不符合變頻改造的初衷。采用風道冷卻方式，可以節(jié)能；但是又會因現(xiàn)場粉塵原因，帶來設備維護量大、易引發(fā)設備故障等影響設備運行安全。

    經(jīng)過多方研究論證，結合現(xiàn)場的安裝位置和空間情況，為兩臺HARVERT系列一次風機高壓變頻器分別采用了空-水冷卻系統(tǒng)和密閉冷卻系統(tǒng)。從而，既滿足設備運行安全，又解決了冷卻系統(tǒng)運行成本高的問題，達到節(jié)能降耗的目的。

    1.1空-水冷卻方案

    3#機組A一次風機現(xiàn)場空間位置較大，適合采用空間需求較大的空-水冷卻系統(tǒng)。

    1.1.1系統(tǒng)介紹

    BLH-CK系列空－水冷卻系統(tǒng)，從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。該系統(tǒng)是一種可將變頻器柜頂排出的熱風100%進行熱交換冷卻的高效、環(huán)保、節(jié)能的封閉式冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)由于其采用完全機械型式設計，較空調等電力、電子設備而言系統(tǒng)簡單，具有明顯的安全、可靠性。

    其工作原理是：將變頻器的熱風通過風道直接通過空冷裝置進行熱交換，由交換器內(nèi)部的冷卻水管道與熱空氣進行非介質接觸式交換，直接將變頻器散失的熱量帶走；避免變頻器對室內(nèi)環(huán)境形成加熱作用。空冷裝置的供水壓力在0.25~0.35MPa、冷水溫度不大于33 ℃時，即可保證熱風經(jīng)過交換器后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。

    同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響。空-水冷卻系統(tǒng)結構原理圖如下：
               
                         

              

    該系統(tǒng)具備以下幾方面的特點： 

    1) 設備安裝簡單、快捷。

    2) 設備使用壽命長，故障率低，性能可靠。

    3) 運營成本低。空－水冷卻系統(tǒng)的運營成本只有同等熱交換功率空調冷卻方式的1/5~1/8。

    4) 變頻器免維護周期長、維護量低小，環(huán)境衛(wèi)生。

    1.1.2安全性能評價

    該系統(tǒng)設備整體安裝于高壓變頻器室墻外，冷卻水與循環(huán)風完全分離，水管線在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故；避免冷卻水管線在高壓室內(nèi)布局容易出現(xiàn)破裂后漏水危及高壓設備運行安全的嚴重事故發(fā)生。在空-水冷卻系統(tǒng)的設計當中，為了防止空冷裝置出口側凝露帶水排入室內(nèi)，對空－水冷卻裝置的出風口、風速等指標進行設計計算；保證良好的排壓情況下，運行安全穩(wěn)定。同時，冷卻系統(tǒng)提供風機、空－水冷卻裝置的故障報警檢測點，可遠傳至DCS。

    1.2 密閉冷卻方案

    3#機組B一次風機現(xiàn)場空間位置有限，采用占地面積較小的密閉冷卻系統(tǒng)。

    1.2.1 系統(tǒng)介紹

    密閉式冷卻系統(tǒng)采用R134a制冷劑作為熱交換介質，利用高效制冷壓縮機組進行冷熱量轉換。室內(nèi)熱交換器直接安裝于變頻器功率柜柜頂，柜頂排出的熱風經(jīng)熱交換器后由制冷劑直接將熱量帶到室外；通過壓縮機組將熱量散失到大氣中。該系統(tǒng)能夠保證變頻器始終處于30~35℃運行環(huán)境，大幅度延長濾網(wǎng)更換周期減少現(xiàn)場維護量。且不受現(xiàn)場安裝空間、位置、環(huán)境溫度等條件限制，具有更強的適應能力。制冷壓縮機組安裝于變頻器附近，允許在-15~+45℃環(huán)境溫度下持續(xù)工作。
              
           

    該系統(tǒng)具備以下幾方面的特點：

    1) 密閉冷卻與變頻器一體化設計，系統(tǒng)結構緊湊，體積小。

    2) 采用工業(yè)用高效渦旋式制冷壓縮機組，高效、節(jié)能、環(huán)保。

   3) 運營成本低。密閉冷卻系統(tǒng)的運營成本只有同等熱交換功率空調冷卻方式的1/3~1/2。

   4) 設備封閉環(huán)境運行，變頻器不受室外環(huán)境影響。

    1.2.2 安全性能評價

    設備整體安裝于變頻器功率柜頂部，冷卻器采用大風量小焓差的方式設計，出風口無冷凝。系統(tǒng)配備制冷壓縮機組和兩路獨立電源供電，根據(jù)變頻器運行功率負荷大小選擇開啟一臺或兩臺工作，提高冷卻裝置的安全經(jīng)濟性能。當單段電源故障時，另外一側電源帶兩臺壓縮機100％負荷，提高系統(tǒng)安全、可靠性能。同時，提供溫度、運行狀態(tài)、故障報警等DCS標準信號接口。

    1.3 小結

    通過對兩種不同冷卻方式在600MW機組一次風機變頻器改造中應用的技術性對比分析可以看出：在現(xiàn)場空間允許的情況下，采用空-水冷卻系統(tǒng)是最佳方案，而在空間受限的情況密閉冷冷卻不失為一種理想的冷卻解決方案。

    2 運行效果

    3#機組A、B一次風機系統(tǒng)在不同機組負荷工況采用變頻方式運行時的溫度曲線如下圖所示。由圖中可以看出：采用空水冷卻系統(tǒng)的變頻器溫度在22~38.5℃之間變化，受室外環(huán)境溫差和機組負荷的影響明顯；采用密閉冷卻的變頻器溫度則相對比較穩(wěn)定，溫度在31~35℃之間波動，受室外環(huán)境和機組負荷的影響較小。
              
                

    3#機組采用變頻改造后，兩臺一次風變頻器冷卻系統(tǒng)的實際耗電量統(tǒng)計如下所示。通過數(shù)據(jù)分析可以得出：在同一機組的同負載運行工況下，采用空水冷卻系統(tǒng)的變頻器較密閉冷卻方式的變頻器平均每天少用251度，相比而言節(jié)約66%電量。

            

    若以年運行7000小時計算，兩臺變頻器采用空調冷卻則需要消耗50.4萬度電；而A一次風機變頻器空-水冷卻系統(tǒng)的年耗電量3.7萬kWh，B一次風機變頻器密閉冷卻的年耗電量11.0萬kWh。兩臺變頻器由于采用新型冷卻方式運行，每年節(jié)約電量達35.7萬度，經(jīng)濟效益顯著。

    3 結束語

    自2009年4月投運以來，該系統(tǒng)已平穩(wěn)運行超過16000h，未發(fā)生一起超溫故障和變頻器非停事故，為保障機組安全運行、變頻器對發(fā)電生產(chǎn)的負面影響起到至關重要的作用。實踐證明：兩種新型冷卻方式的實際應用，大大提高了高壓變頻的安全穩(wěn)定性、實現(xiàn)節(jié)能效益最大化。并為今后高壓變頻節(jié)能改造實施提供了寶貴的可借鑒經(jīng)驗。

    作者簡介

林智謀(1964—)，男，長期從事火力發(fā)電廠的電氣設備管理，以及高壓電氣節(jié)能技術改造工作。