代續(xù)續(xù)，劉 奇，宋昊明

(蘭州石化公司設(shè)備維修公司電氣車(chē)間，甘肅 蘭州 730060)

1 引言

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在電力、化工、煤礦、冶金等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。影響變頻器的可靠性指標(biāo)有多項(xiàng)，其中散熱與通風(fēng)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。據(jù)資料表明，在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，其故障隨溫度升高而成指數(shù)上升;使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)下降[1]。蘭州石化公司助劑廠(chǎng)使用的施耐德變頻器(AItivar61400kW)，容量大，運(yùn)行電流也大，產(chǎn)生的熱量也是非常大的，因?yàn)闇囟冗^(guò)高，經(jīng)常導(dǎo)致變頻器過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作跳閘。所以，為保證設(shè)備的正常工作，把大量的熱量散發(fā)出去，設(shè)計(jì)優(yōu)良的散熱冷卻方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效散熱，對(duì)于提高設(shè)備的可靠性十分必要。

2 變頻器常用冷卻方式

變頻器的發(fā)熱部件主要是兩部分:一是整流變壓器，二是功率元件。功率元件的散熱方式是關(guān)鍵。根據(jù)變頻器應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，常用的幾種冷卻方式主要包括:風(fēng)道開(kāi)放式冷卻;空調(diào)密閉冷卻;空－水冷密閉冷卻;設(shè)備本體水冷卻;上述方式組合冷卻等[3]。針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境，現(xiàn)代變頻器一般采用空氣冷卻或者水冷。對(duì)于水冷裝置，需要在室外安裝一個(gè)水－空冷裝置，把熱水變成涼水。對(duì)于空氣冷卻的裝置，如果散熱量較大，需要安裝風(fēng)道，把熱空氣直接排出室外，否則，熱空氣會(huì)在室內(nèi)聚集，造成室溫升高。若考慮使用室內(nèi)空調(diào)機(jī)降溫，事實(shí)證明在大功率變頻器應(yīng)用中，需要較大的空調(diào)配置，是不經(jīng)濟(jì)的。如果用戶(hù)工廠(chǎng)內(nèi)有冷卻水，建議用戶(hù)采用水－空冷裝置，這種裝置類(lèi)似于工廠(chǎng)的空調(diào)裝置，在水管上鑲嵌散熱片，在水管內(nèi)通入冷水，冷水的流量要足夠大，保證散熱片較低的溫度，變頻器散出來(lái)的熱風(fēng)進(jìn)入散熱片，經(jīng)過(guò)散熱片后變成了涼風(fēng)。應(yīng)該說(shuō)，從散熱的角度來(lái)說(shuō)，水冷是非常理想的。但是，水循環(huán)系統(tǒng)工藝要求高，安裝復(fù)雜，維護(hù)工作量大，而且一旦漏水，會(huì)帶來(lái)安全隱患。所以，能夠用空氣冷卻解決問(wèn)題的場(chǎng)合，就不要采用水冷。

3 助劑廠(chǎng)變頻器冷卻系統(tǒng)改造

3.1 概 述

助劑廠(chǎng)二套甲乙酮原料進(jìn)料泵電機(jī)采用變頻器(施耐德AItivar61400kW)變頻起動(dòng)，自投入運(yùn)行后，因變頻器內(nèi)冷卻風(fēng)機(jī)功率較小，無(wú)法將變頻器元件結(jié)溫冷卻，使變頻器出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，機(jī)身溫度高達(dá)85℃，影響變頻器的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)分析研究，決定對(duì)變頻器開(kāi)關(guān)柜冷卻系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)改造。

3.2 問(wèn)題分析

針對(duì)變頻器溫度高，運(yùn)行過(guò)程中存在生產(chǎn)隱患這一事實(shí)，做了詳細(xì)的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題。

(1)該變頻器(施耐德AItivar61400kW)容量大，運(yùn)行電流也大，所以，產(chǎn)生的熱量也非常大。變頻器安裝在儀表廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造的SIVACON 8PT低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，變頻器散熱完全依靠自身的冷卻風(fēng)機(jī)將內(nèi)部的熱量排出，但因?yàn)楣駜?nèi)空間狹小，空氣循環(huán)較差，熱量不能及時(shí)散發(fā)，使得變頻器溫度不斷上升。

(2)助劑廠(chǎng)二套甲乙酮變電所內(nèi)開(kāi)關(guān)柜數(shù)量多，負(fù)荷重，柜體散熱量大，室內(nèi)溫度高，加劇了該變頻器溫度上升的程度。由于變頻器對(duì)溫度有連鎖保護(hù)功能，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，易造成變頻器自動(dòng)跳閘，造成生產(chǎn)停工事故。

3.3 解決方案

為了解決以上問(wèn)題，先后在助劑廠(chǎng)二套甲乙酮變電所內(nèi)加裝了多臺(tái)大功率軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)行通風(fēng)散熱，都沒(méi)有從根本上解決變頻器的溫度問(wèn)題。為了徹底消除設(shè)備隱患，提出以下兩種空氣冷卻散熱解決方案。

3.3.1 加裝強(qiáng)迫冷卻軸流風(fēng)機(jī)的散熱方式

該冷卻方式指冷風(fēng)經(jīng)變頻器通風(fēng)入口濾網(wǎng)進(jìn)入變頻器，經(jīng)對(duì)機(jī)體進(jìn)行冷卻后，再由變頻器風(fēng)道出口將熱風(fēng)排出。這種冷卻方式安裝比較簡(jiǎn)單，只需在變頻器開(kāi)關(guān)柜上開(kāi)個(gè)通風(fēng)入口，安裝上濾網(wǎng)，然后在變頻器柜體向外引出出風(fēng)口風(fēng)道即可。如圖1所示。

圖1 變頻器開(kāi)關(guān)柜強(qiáng)迫風(fēng)機(jī)原理圖

一般而言，具體進(jìn)風(fēng)口的面積需要根據(jù)具體的實(shí)際情況來(lái)定。熱風(fēng)出口的通道與外界最好是直通，沒(méi)有轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也可在出風(fēng)口加裝軸流風(fēng)機(jī)，冷卻效果更加明顯。風(fēng)機(jī)散熱的方式，其特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，散熱效果良好。

3.3.2 加裝空調(diào)的冷卻散熱方式[2]

在變電所室內(nèi)加裝空調(diào)，要求室內(nèi)面積要盡可能的小，密封效果要好，同時(shí)還要避免夏季室外溫度高帶來(lái)的加熱效應(yīng)。空調(diào)的位置一般最好安裝在變頻器的兩側(cè)也可安裝在變頻器的背面?？照{(diào)散熱的方式，其特點(diǎn)是高速高效制冷，室溫均勻，室內(nèi)密封冷卻，而且室內(nèi)環(huán)境清潔，但是其空調(diào)費(fèi)用高，運(yùn)行費(fèi)用太高。

助劑廠(chǎng)二套甲乙酮變電所內(nèi)有400kW變頻器三臺(tái)，房屋面積為:

15m×8m×4m=480(m3)

制冷量按150W/m2計(jì)算變電所自冷損耗需:

Qf=S×150=480×150=7.2(kW)

變頻器額定發(fā)熱總量:

Qb=P(額定容量)×4%=400×4%×3=48(kW)

說(shuō)明該變電所內(nèi)的有效制冷量至少需要:

Q=Qf+Qb=7.2+48=55.2(kW)

根據(jù)上述計(jì)算，考慮到變電所內(nèi)的系統(tǒng)熱交換效率不可能為1，其系統(tǒng)效率按70%的典型值核算制冷功率:

根據(jù)空調(diào)的選型規(guī)格和能效比參數(shù)，考慮到變頻器不可能長(zhǎng)期處于100%負(fù)載運(yùn)行，因此選擇5P空調(diào)設(shè)備，每臺(tái)額定制冷量12kW?？照{(diào)數(shù)量:

即:如果實(shí)現(xiàn)變電所內(nèi)環(huán)境溫度控制至少需要安裝7臺(tái)5P的空調(diào)設(shè)備。變頻器采用空調(diào)冷卻時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)側(cè)單位功耗:

即:每天(24h)空調(diào)耗電量為806.4kW·h。按照每年變頻器有效運(yùn)行280天，每年變頻器冷卻需要消耗電能Q=225792kW·h，按電價(jià)0.35元/度計(jì)算，折合7.9萬(wàn)元。按照1臺(tái)5P空調(diào)0.86萬(wàn)元計(jì)算，采用空調(diào)冷卻的設(shè)備總投資為13.92萬(wàn)元。

經(jīng)過(guò)多方面論證比較，采用第一種解決方案進(jìn)行改造。

3.4 實(shí)施措施

3.4.1 改造思路

將變頻器冷卻系統(tǒng)改造為集中強(qiáng)制風(fēng)冷，變頻器開(kāi)關(guān)柜上部加裝強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)，變頻器的熱風(fēng)通過(guò)風(fēng)道排出如圖2所示。

圖2 變頻器開(kāi)關(guān)柜冷卻系統(tǒng)改裝圖

3.4.2 改造方案

(1)設(shè)計(jì)安裝強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)。將變頻器冷卻系統(tǒng)改造為集中強(qiáng)制風(fēng)冷，變頻器柜內(nèi)上部加裝風(fēng)罩及風(fēng)道，通過(guò)4臺(tái)7.5kW強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)冷卻，變頻器的熱風(fēng)通過(guò)風(fēng)道排出。

(2)設(shè)計(jì)改造控制線(xiàn)路圖。強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)電源引自原控制回路微型斷路器的進(jìn)線(xiàn)側(cè)，并聯(lián)接線(xiàn)，這樣冷卻風(fēng)機(jī)在工作時(shí)不會(huì)受變頻器影響，如圖3所示。

圖3 強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)控制回路接線(xiàn)圖

3.5 運(yùn)行效果分析

系統(tǒng)改進(jìn)后，解決了變頻器長(zhǎng)期處于超溫狀態(tài)運(yùn)行，擺脫了變頻器對(duì)自身風(fēng)機(jī)的依賴(lài)，改造后的冷卻系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

3.6 預(yù)期效果

經(jīng)過(guò)攻關(guān)改造，按期達(dá)到了活動(dòng)目標(biāo)，改造后的變頻器冷卻系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，解決了變頻器發(fā)熱。使變頻器的溫度控制在允許的環(huán)境溫度范圍內(nèi)。保證了裝置生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)和可靠。

4 總結(jié)

改造完成后，該系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行超過(guò)16000h，解決了變頻器運(yùn)行中的溫度過(guò)高問(wèn)題。使變頻器運(yùn)行可靠性提高，冷卻系統(tǒng)的改造效果明顯，從根本上解決了因變頻器超溫跳閘的裝置非計(jì)劃停工，大大提高了變頻器的安全穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益最大化。為裝置生產(chǎn)的安、穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供有力的保證。

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