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
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1.3技術(shù)指標(biāo)
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1.4空調(diào)選配原則
凝結(jié)泵高壓變頻器安裝在汽機(jī)側(cè)獨(dú)立房間內(nèi)。按照高壓變頻器額定功率2240kW，運(yùn)行效率96％進(jìn)行計(jì)算，凝結(jié)泵高壓變頻器額定發(fā)熱量：
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，
凝結(jié)泵高壓變頻器房間建筑面積尺寸：
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。
按180Wm2制冷量需求計(jì)算，凝結(jié)泵高壓變頻器室房屋自冷需求損耗為：
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，則凝結(jié)泵高壓變頻器室的有效制冷量至少需要
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。
由于高壓變頻器排出的熱風(fēng)并沒有全部被空調(diào)用于熱交換，且空調(diào)排出的冷風(fēng)不能全部直接進(jìn)入設(shè)備實(shí)現(xiàn)降溫控制。因此，高壓變頻器室的熱交換環(huán)境溫度控制系統(tǒng)其交換效率通常只有67％～70％之間。即：在考慮冷卻設(shè)備的熱交換功率時(shí)，結(jié)合極限運(yùn)行情況下的發(fā)熱量和系統(tǒng)交換效率，空調(diào)的容量設(shè)計(jì)計(jì)算裕度為1.2～1.3倍才能夠符合系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。因此，凝結(jié)泵高壓變頻器室需要安裝12P空調(diào)4臺(tái)。
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。
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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)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)。空冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，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
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2.3技術(shù)指標(biāo)：
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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。
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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
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3.3技術(shù)指標(biāo)
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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放空間中布局。環(huán)境溫度高，具有粉塵，無明顯漏水、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380VAC3PH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
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三、結(jié)論
以上針對(duì)2240kW凝結(jié)泵高壓變頻器的冷卻問題進(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。
