火电厂600MW空冷机组变频器间改造.pdf

2 0 1 5 年第 3 3 卷第 1 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNER MONGOL I A E L EC T RI C P OW ER 5 7 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 6 2 1 8 ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 1 3 火电厂 6 0 0 MW 空冷机组变频器 间改造 田建 明 内蒙古岱海发电有限责任公 司， 内蒙古鸟兰察布0 1 3 7 0 0 Re c o n s t r u c t i o n o n F r e q u e n c y Co n v e r t e r Ro o m o f 6 0 0 MW Ai r Co o l i n g Un i t T I AN J i a n mi n g I n n e r Mo n g o l i a Da i h a i El e c t r i c P o w e r Ge n e r a t i o n Co ．，L t d ． ，U l a n c h a b 0 1 3 7 0 0 。 C h i n a f 收稿 日期】2 0 1 4 - 1 2 2 4 [ 作者简介J田建明 1 9 8 6 ， 男 ， 内蒙古人， 学士， 工程师， 从事电厂继电保护工作。 5 8 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 5 年第3 3 卷第1 期 0 引言 随着国家节能减排政策的推广 ， 变频器由于其 良好 的节能效果和控制特性 ， 被越来越多地应用于 高能耗设 备。电厂中的凝结水泵 、 引风机 、 输送泵 、 空冷岛冷却风机等重要设 备大多采用变频器控制 方式。变频器内部是大功率电子元件 ， 易受外部温 度影响 ， 一般低于 4 0℃才可稳定运行 ； 而其整流逆 变单元在工作过程中会产生大量热 其发热量约为 变频器输出功率的5 ％ ， 使得变频器的工作环境恶 化 ， 造成变频器过热跳闸等问题。空冷岛冷却风机 的变频器调节方式是环境温度越高， 越需要空冷变 频器超频运行， 从而使其发热量增加 ； 而且空冷岛 冷却风机变频器数量多、 布置集中， 也不利于其散 热。这些因素导致变频器极易出现散热不畅 ； 而散 热不畅又会导致变频器升温过快 ， 随着温度升高变 频器的故障率也升高 ， 元器件老化 、 绝缘性能降低 或被击穿等 问题频繁 出现 ， 影响设备的安全稳定运 行。 本文 以内蒙古岱海发 电有限责任公 司 以下简 称岱海 电厂 二期工程 2 6 0 0 MW机组空冷 岛变频 器间改造 为例 ， 分析变频器过热的原 因 ， 结合其他 电厂相关改造经验 ， 提出适合该厂 的变频器间冷却 改造方案， 以达到提高变频器散热效率 、 降低工作 温度 、 延 长使用 寿命 的 目的， 从而提高设备运行 的 稳定性。 l 变频器常用冷却方式 目前 ， 变 频器普 遍采用 的冷却方 式有 自然散 热、 强迫风冷、 液冷散热等。 1 ． 1 自然散热 自然散热是利用空气 自然热循环达到散热的 目的” ] 。该散热方式配置简单 、 不易附着粉尘及飘 浮物 ； 但散热效率低 ， 而且要求环境具备 良好 的通 风条件 。实际应用 中往往在 发热元件上加装翅 片 以增加散热面积 ， 提高热交换效率 。一般小容量的 变频器选用该散热方式 。 1 ． 2 强迫风冷 强迫风冷是变频器采用 的较为普遍 的散热方 式， 它是利用冷却风扇直接将冷却风由室外经过滤 装置吸人 ， 然后通过控制柜顶加装 的出风通道将热 风排出室外。随着散热风机的快速发展 ， 变频器冷 却风扇逐渐呈现出体积小、 寿命长、 噪声低 、 功耗 低 、 风量大 、 防护性 能高的特点 。该冷却方式结构 简单、 成本低、 更换方便， 已得到越来越广泛的应用。 强迫风冷根据入口冷却空气的降温方法分为 以下几种 。 1 ． 2 ． 1 风 道 开放 式 冷却 该冷却方式设备布置简单 、 施工方便 、 投资 小。但净化装置风阻较大， 应选取高压头型风机， 进出口风机需配型合理。该冷却方式对环境要求 较高 。环境空气应尽量 清洁 ， 不应含有大量粉尘 、 颗粒物， 且无腐蚀和爆炸危险。当环境温度高于 4 O℃时， 每升高 1 ℃， 变频器要降低额定负荷的5 ％ 运行 。同时需要随时监 视室内、 外气压差 ， 定期更 换、 清洗净化滤网， 以减小通道风阻。在夏季气温 偏高时， 散热效果会下降。内蒙古上都发电有限责 任公司、 内蒙古京隆发电有限责任公司均采用该种 冷却方式。 1 ． 2 ． 2 空调机送冷却风的开放式冷却 该方式是风道开放式冷却的改进形式 ， 通过空 调机 的过滤及冷却作用 ， 提高冷 风质量 、 降低冷风 温度 ， 从而提高散热效率。变频器产生的 6 0 ％以上 热量通过柜顶风扇排至室外 ， 空调只需提供足够的 冷风风量 ， 并保持空冷变频器间的温度 即可 。该方 式可避免环境温度变化对变频器冷却效果 的影响 ， 但一定程度上也增加 了耗电量 ， 增大了空调机的 日 常维护量 需要安排专人维护和巡检空调机 ， 并需 定期更换空调滤 网 ； 对于空气 中煤尘 、 粉尘含量较 高的地区， 更需要加大维护力度， 避免空调滤网堵 塞 ， 一旦发生 问题 ， 需立即处理 ， 并打开侧墙通风 ， 以提供足够的冷却风量。太原第二热电厂 2 3 0 0 MW空冷机组采用该冷却方式。 1 ． 2 ． 3 空调密闭冷却 该冷却方式下 ， 变频 器间密闭 ， 无需 室外 空气 的补充 ， 不需要滤 网， 对室外环境空气无要 求 ， 地区 适应性较强。但 由于变频 器产生的所有 热量 完全 通过空调冷却降温， 因此对空调连续稳定运行的性 能要求较高， 而且耗电量较大。室内需配有温度监 测装置 ， 温度一旦超过报警值 ， 需立刻处 理 。阳泉 南庄煤矸石电厂采用该冷却方式。 1 ． 2 ． 4 水冷密闭冷却 该方式将空调冷却热空气方式改为以水为介 质的换热器冷却方式 ， 节能效果 明显 、 运行费用低 、 维护量小。冷却装置可置于室外 1 ， 即使管道滴漏 ， 也不会对室内电气设备造成影响。但需配备相关 外冷水循环管道 ， 耗水量较大 。该方式增加 了大量 2 0 1 5 年第3 3 卷第 1 期 田建明 火电厂6 0 0 MW空冷机组变频器问改造 6 1 为 1 7 P a 。根据沿流线的伯努利方程 APl ／ 2 pv ， 代人A P得空气流速v 5 ． 8 m／ s 。 计算 2 个加装高效过滤器的百叶窗总流量 Q 。 Q 2 v S x 3 6 0 0 ， 其 中， S为百叶窗横截面积 ， 取 1 ． 5 i n 。 ， 代人计算得 Q 6 2 6 4 0 i n ／ h 。 轴流送 风机流量应达 到 8 6 4 0 0 6 2 6 4 0 2 3 7 6 0 IT I ／ h ， 因此选择轴流送风机流量为 3 0 0 0 0 IT I ／ h ， 功率 8 kW 。 5 ． 2 ． 1 ． 2 风道出口轴流风机选型 保 持原变频器顶部通 风风道不变 。考虑 风道 存在一定风阻， 风道出口轴流风机流量应略大于风 道内的总流量 1 0 8 8 0 mV h ， 因此替换 为流量 1 1 0 0 0 i n ／ h 的轴 流风机 ， 与变频器控制柜顶风扇流量相匹 配 。 5 ． 2 ． 2空调 配置 5 ． 2 ． 2 ． 1 人 口冷却空气温度 在冷却风流量确定 的情况下 ， 求所需人 口冷却 空气温度 ]。人 口冷却空气 的温 度根据 V a Q w l △ c 日 计算。Q 取 2 8 8 0 0 J ； 单台变频器冷却空气 流量 考虑 风 阻 ， 应 乘 以 1 个 0 ． 9的系 数 ， 即 1 3 5 0 0 ．9 1 2 1 5 m ／ h 。计算得到空气进入散热器前、 后 的温度差 为 2 3℃。设 出 口风温为 5 O℃， 则 冷 却风人口温度降为2 7 “ c ll 可满足要求。 5 ． 2 ． 2 ． 2 空调负荷 依据经验估算 ， 考虑变频器控制柜通过柜体散 入房 间的热量为总热量的 1 1 4 ， 其余 3 ／ 4由柜顶风机 连接管道从设备顶部排热风口直接排至室外。假 设 吸人的空气温度恒定为 3 0℃。6 4台变频器每秒 需总空气量 V 6 4 V J 3 6 0 0 6 4 x 1 2 1 5 ／ 3 6 0 0 2 1 ． 6 m 3 。 设定 空气湿度为 4 0 ％， 标 准大气压下 ， 空气 由 3 O cI 焓值9 9 ． 8 3 3 k J ／ k g 降至2 7℃ 焓值8 5 ． 1 5 8 k J ／ k g 需要释放 的热量 Q v p A h 。A h 表示单位体 积空 气 由 3 O℃降 至 2 7℃的焓 降 。则 Q 2 1 ． 61 ． 0 1 9 9 ． 8 3 3 8 5 ． 1 5 8 3 2 0 k J 。 变频器柜单位 时间内总散热量 Q 为总热量 的 1 ／ 4 ， 即 Q 5 ％ 1 6 0 x 6 4 x 1 ／ 4 1 2 8 k W。则空调总冷负 荷为 1 2 8 3 2 0 4 4 8 k W。 利用类 似正 向卡诺循环原理计算 空调制冷效 率叼 n r J r o 2 7 3 2 7 ／ [ 2 7 3 3 O 一 2 7 3 2 7 】 1 00 0 0％ 式 中 、 一高温热源 、 低温热源温度 ， K。 最终确定空调配置方式为 新增空调 3 台 ， 2 台 工作， l 台事故备用； 单台空调功率为2 ． 2 4 k W。 6 改造效果 岱海 电厂 6 0 0 MW机组变频器问改造后 ， 变频 器 间无人值守 ， 室内温度 由空调 自动控制为 2 6℃， 高透滤网每月定期更换清洗； 通风设备及空调降温 系统运行 良好， 点温仪检测变频器控制柜外壳温度 稳定在 2 8℃左右 ； 杜绝 了变频器过热报警跳 闸及继 电器触点老化； 在将所有变频器本体 自带冷却风扇 统一更换后 ， 再未 出现风扇轴承卡死问题 ， 设备故 障率显著 降低 ， 保证 了机组长周期运行的稳 定性 ， 减少 了维护人员的工作量 。 通过改造 ， 变频器产生的绝大部分热量直接排 人大气 ， 而空调仅需在夏季气温高时投入使用 ， 而 且耗电量很低 ， 在保证温度控制的前提下， 也符合 节能环保 的理念。 7 结语 岱海 电厂 6 0 0 MW 机组变 频器间改造方 案 ， 在 满足 变频器散 热 的基 础上 ， 能够有 效利用 现有设 备， 减少施工量和初期投资， 降低 日常运行费用， 可 为其他电厂解决空冷变频器冷却 问题提供参考 。 参考文献 [ 1 ]陈建业． 大功率电力电子装置冷却系统的原理与应用【 J 】． 电网技术， 2 0 0 2 ， 6 4 4 8 5 2 ． [ 2 】任彩玮． 火电厂空冷变频间降温通风设计探讨[ J ] ． 科技情 报开发与经济， 2 0 1 0 6 1 6 3 1 6 5 ． [ 3 】吕文彬， 李永明． 一种焦化耐火工程变频器室通风空调新 措施[ J ] ． 暖通空调， 2 0 1 2 ， 4 2 1 5 1 5 2 ． [ 4 ]巴小龙， 史宝德． 使用空冷器解决水厂变频器散热问题 设备管理与维护， 2 0 1 0 4 1 8 ． [ 5 ]李振 国 ， 田新东 ， 张广强 ， 等． 电厂空冷风机 变频器蒸 发冷却技术 改造 电力 自动化设备 ， 2 0 0 8 ， 2 8 1 0 1 1 611 9 ． [ 6 ]丛 日永 ， 张宁， 庄德胜． 变频器冷却系统计算机元部件选 用f J 1 ． 煤矿机械， 2 0 1 2 ， 3 3 1 2 7 2 8 ． 编辑 张俊 英