高壓變頻器應用中的設備散熱和運行環境問題直接影響變頻器自身的運行安全,隨著變頻器功率的不斷提高,其輔助冷卻的投資和運營成本也逐漸得到越來越多的重視。采用專業的高壓變頻專用冷卻,提高設安全穩定性能,降低輔助冷卻系統的運營成本,成為高壓變頻應用中需要考慮的重要問題之一。

　　　下面就以高壓變頻器常見的房間空調冷卻和專用的高壓變頻冷卻系統進行經濟性指標進行比較分析。

二、空調冷卻經濟性分析

1、冷卻功率計算

　　　以華能某電廠350MW機組一次風機高壓變頻器冷卻為例。兩臺一次風機高壓變頻器功率分別為1600kW，安裝在同一高壓變頻器室內，房屋建筑面積為9m×6.5m×4.5m（長×寬×高）。

2、空調冷卻耗電指標計算

C：年耗電量；P：額定輸入功率；T：全年運行時間；κ：設備數量；η：效率。

　　　根據上述計算，一次風機高壓變頻器室的有效需求冷量為138.53kW。考慮到高壓變頻器室的系統熱交換效率不可能為1，亦即空調的冷量完全進入設備進行冷卻實現100％交換。根據空調按照周邊環境擺放的格局、送風距離、循環風速等因素，其系統效率值按70％的典型值核算制冷功率：

　　　根據空調的選型規格和能效比參數，考慮到高壓變頻器不可能長期處于100％負載運行，因此選擇12P空調設備，每臺額定制冷量28kW。

　　　空調數量。即：如果實現一次風機高壓變頻器室的環境溫度控制至少需要安裝7臺12P的空調設備。

空調能效比＝制冷量:網側電耗＝2.5

一次風機室采用空調冷卻時，網側單位功耗：

即：每天一次風機高壓變頻器室采用空調冷卻的日耗電量為：1881.6kW·h。

　　　按照折合年機組有效運行210天、電價0.37元/度計算，每年一次風機高壓變頻器室由于冷卻需要消耗395136度電，折合14.62萬元。

　　　按照一臺12P空調2.5萬元計算，采用空調冷卻的設備總投資為17.5萬元。

三、空一水冷卻系統經濟性分析

1．冷卻功率計算

　　　由上述計算可知：兩臺額定功率1600kW高壓變頻器的額定發熱量為128kW。采用空－水冷卻系統時，該系統將高壓變頻器排出的熱風全部通過空－水冷卻裝置實現了熱交換，然后將冷風排回室內，因此，其風路循環效率得到極大提高，風路循環效率接近99％。與空調冷卻不同的是前者冷卻房間后才能冷卻設備，而后者則是通過吸收設備發熱而達到高壓變頻器室環境控制目的。其系統效率自然得到提高，而且避免了環境冷卻所需的冷量消耗。

　　　考慮到極限運行情況下的發熱量，以及水溫偏高、系統交換效率等因素，空冷器的設計裕度通常選擇為1.15～1.2倍。即：空冷器的熱交換功率不小于73.6kW/臺，實際選用的空冷器功率為每臺設備75kW。

2．空調冷卻耗電指標計算

　　　每臺高壓變頻器所配的空－水冷卻系統，主要耗電設備為一臺2.2kW的增壓風機。該設備與高壓變頻器柜頂的風機與空冷系統配置的風機為熱備用結構型式運行。系統采用室內密閉式循環冷卻，環境溫度控制在40℃以內。一次風機采用空－水冷卻系統實現環境溫度控制時，每臺高壓變頻器配套的風機總功耗為2.2kW，兩臺高壓變頻器冷卻風機功耗為4.4kW。

　　　由于該系統利用機組閉式工業冷卻水，實現熱交換。冷卻水循環利用，循環水量需求為36t/h每臺機組。按照現場機組運行的循環水總量計算，該一次風系統水量使用比例占總量比重小于2％，因此循環泵功耗增加很小，可以忽略不計。

　　　采用空－水冷卻系統的單位總電耗4.4kW。每天兩臺機組的一次風機高壓變頻器室采用空水冷運行的日耗電量為：24×4.4=105.6kW·h。

　　　按照折合年機組有效運行210天、電價0.37元/度計算，每年一次風機高壓變頻器室由于冷卻需要消耗22176度電，折合0.82萬元。

　　　按照每套75kW的空－水冷卻系統9.7萬元計算，采用空－水冷卻的設備總投資為19.4萬元。

四、經濟性對比分析

　　　通過上述數據計算，采用空－水冷卻系統與常規空調冷卻方式的經濟性比對分析如下：

年可節約電費：，約合13.80萬元。

即：采用空－水冷卻系統實現一次風高壓變頻器冷卻運行，較采用常規的空調冷卻方式運行每年僅冷卻部分的電耗即可節約13.8萬元。在1.5年后即可收回設備投資成本，實現了高壓變頻器項目節能和輔助設備的節能運行。

五、結束語

　　　華能某電廠350MW機組一次風機高壓變頻器室采用空－水冷卻系統，除了可以帶來直接的節能經濟效益外，還會帶來以下方面的經濟收益：

1．采用新型冷卻系統后，其高壓變頻器的設備冷卻運營成本將比常規的空調冷卻降低90左右。運營成本只有空調冷卻系統的十分之一。

2．由于新型冷卻系統均采用密閉冷卻結構設計，風路循環使用。具有粉塵小、環境穩定，受外界環境因素影響小等特點。除塵濾網的清晰周期可由原來的7~15天，延長到30～45天，大大減低維修維護人員的工作強度。

3．由于設備使用和運行數量降低，且空－水冷卻系統主要是機械結構設備，其穩定性和安全性遠高于空調制冷的電力電子設備。系統的安全性得到提高，從輔助設備上保障了機組運行的安全。

4．新型冷卻系統在設計方面充分考慮了設備故障、熱交換介質泄漏、風路應急旁路、操作簡便性、可維護維修性等安全防護措施。與高壓變頻器設備整合運行，提高整體安全性能。

5．空－水冷卻系統的使用壽命是空調設備的5～8倍，從而可以大大減少設備的維修維護費用。

　　　綜上所述，華能某電廠一次風機變頻節能項目中采用節能、環保的空－水冷卻系統是十分必要、切實可行，項目具有明顯的經濟指標優異性，值得在高壓變頻應用行業大力推廣使用，從而實現高壓變頻項目的全面節能。

參考文獻：《高壓大功率變頻器的兩種冷卻方式比較》，2007年第6期《變頻通訊》劉軍祥