凝结泵高压变频器几种冷却方式的可行性论证

1 引言

  高压变频器应用中的设备散热和运行环境问题直接影响设备自身的安全,随着变频器功率的不断提高,其辅助冷却的投资和运营成本也逐渐得到业内和客户的关注。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,降低辅助冷却系统的运营成本,成为高压变频器应用中需要考虑的重要问题之一。下面就以2240kw凝结泵高压变频器的冷却解决方案为例,对几种冷却方式进行可行性分析论证。

2 系统分析

  2.1 空调密闭冷却方式

  (1) 系统介绍

  为了提高高压大功率变频器的应用稳定性,解决好高压变频器环境散热问题,目前常用的办法是采用密闭式空调冷却方式。该方法主要是为高压变频器提供一个固定的具有隔热保温效果的房间,根据高压变频器的发热量和房间面积大小计算出空调的制冷量,从而配备一定数量的空调。

  (2)设备供货范围如表1所示

  (3) 技术指标如表2所示

  (4) 空调选配原则

  凝结泵高压变频器安装在汽机侧独立房间内。按照高压变频器额定功率2240kw,运行效率96%进行计算:凝结泵高压变频器额定发热量:qb=p4%=22404%=89.6kw,凝结泵高压变频器房间建筑面积尺寸:s=l0d0=11.44.0=45.6m2。

  按180w/m2制冷量需求计算,凝结泵高压变频器室房屋自冷需求损耗为:qf=s180=45.6180=8.21kw,则凝结泵高压变频器室的有效制冷量至少需要q=qb+qf=89.6+8.21=97.81kw。

  由于高压变频器排出的热风并没有全部被空调用于热交换,且空调排出的冷风不能全部直接进入设备实现降温控制。因此,高压变频器室的热交换环境温度控制系统的交换效率通常只有67%~70%之间。即:在考虑冷却设备的热交换功率时,结合极限运行情况下的发热量和系统交换效率,空调的容量设计计算裕度为1.2~1.3倍才能够符合系统安全运行的要求。因此,凝结泵高压变频器室需要安装12p空调4台。

  (5) 系统安装

  凝结泵高压变频器室内尺寸为:长11700mm,宽4000mm,高3500mm。平面布置如图1所示。

  2.2 空-水冷却方式

  (1) 系统介绍

  高压变频器的热风通过风道直接进入空冷装置进行热交换,由冷却水直接将高压变频器散失的热量带走;经过降温的冷风排回至室内。空冷装置内通过冷水温度低于33℃,即可以保证热风经过散热片后,将高压变频器室内的环境温度控制在40℃以下,满足高压变频器对环境运行温度的要求。从而,保证了高压变频器室内良好的运行环境。冷却水与循环风完全分离,水管线在高压变频器室外与高压设备明确分离,确保高压设备室不会受到防水、绝缘破坏等安全威胁和事故。

  (2) 设备供货范围如表3所示

  (3) 技术指标如表4所示

  (4) 空-水冷却系统选配原则

  按照高压变频器额定功率2240kw,运行效率96%进行计算:2240kw的高压变频器的最大散热功率为,22404%=89.6kw。由于该系统将高压变频器排出的热风全部通过空-水冷却装置实现了热交换,然后将冷风排回室内,因此,其风路循环效率得到极大提高。风路循环效率接近99%。考虑到极限运行情况下的发热量,以及水温偏高、系统交换效率等因素,空冷器的设计裕度通常选择为1.15~1.2倍。以设计裕度1.15进行计算,空冷器的热交换功率不小于103.04kw/台,实际选用的空冷器功率为105kw。

  (5) 系统安装

  现场高压变频器室房屋室内尺寸要求为:长10700mm,宽3600mm,高3500mm。具体尺寸及结构平面布局如图2所示。

  2.3 强制密闭冷却方式

  2.3.1系统介绍

  强制密闭式冷却系统作为高压变频器功率柜外的附属装置,能够保证高压变频器功率柜始终处于25-35℃运行环境,大幅度延长滤网更换周期,减少现场维护量。不需要为高压变频器再独立建筑房屋,变压器柜采用开放式冷却。强制冷却装置与高压变频器功率柜一体化设计,附着于功率柜顶部。制冷压缩机组安装于高压变频器附近。

  2.3.2 设备供货范围如表5所示

  2.3.3 技术指标如表6所示

  2.3.4 适用场合及原则

  (1) 适用于额定功率为1000kw及以上的高压变频器设备自身冷却。

  (2) 现场安装位置受到限制,高压变频器需要在厂房中开放空间中布局。环境温度高,具有粉尘,无明显漏水、淋雨特征的运行场合。

  (3) 安装空间狭小,不能够适于建筑房屋的室内环境。

  (4) 现场能够提供两路380vac/3ph电源。

  (5) 空间高度大于3.5m。高压变频器功率柜前方应有大于695mm的空间,以便于柜门开启。

  2.3.5 强制密闭式冷却装置的选配原则

  强制密闭式冷却装置按照单台高压变频装置的功率柜为对象进行对等配置。2240kw的变频器配置的密闭式冷却装置功率值=22402%1.25(设计裕度)=56kw,实际选用56kw的闭式冷却装置。根据密闭式冷却装置的设计原则,该套冷却系统仅限于对温度要求较高的功率柜进行配置。变压器柜采用开放式冷却,温度散失到环境中;允许温升80k,高温报警值120℃,完全能够满足运行安全的要求。

  2.3.6 系统安装

  不需要单独建造房间,有高压变频器的安装位置即可。

3 冷却方式的比较

  冷却方式的比较如表7所示。

4 结束语

  以上针对2240kw凝结泵高压变频器的冷却问题进行了技术可行性、安全可靠性、经济性的综合分析可以看出:新型冷却系统(空-水冷却、强制密闭式冷却)在设计方面充分考虑了设备故障、热交换介质泄漏、风路应急旁路、操作简便、可维护维修等安全防护措施,虽然采用新型冷却系统在设备一次性投资上较空调设备略有提高,但相比空调冷却方式,通常系统运行2~3年节约的电费即可收回投资。另外,采用强制密闭冷却方案还可节约近10万元的房屋土建费用。

  综上所述,在2240kw凝结泵变频改造项目中,使用强制密闭式冷却方案具有占地省,性价比高的优势,因此,推荐使用此种方案对高压变频器进行冷却。