高壓變頻器應(yīng)用中的設(shè)備散熱和運(yùn)行環(huán)境問題直接影響變頻器自身的運(yùn)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(yùn)營成本也逐漸得到越來越多的重視。采用專業(yè)的高壓變頻專用冷卻,提高設(shè)安全穩(wěn)定性能,降低輔助冷卻系統(tǒng)的運(yùn)營成本,成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問題之一。

    下面就以高壓變頻器常見的房間空調(diào)冷卻和專用的高壓變頻冷卻系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行比較分析。

    二、空調(diào)冷卻經(jīng)濟(jì)性分析

    1、冷卻功率計(jì)算

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

    2、空調(diào)冷卻耗電指標(biāo)計(jì)算

    C：年耗電量；P：額定輸入功率；T：全年運(yùn)行時(shí)間；κ：設(shè)備數(shù)量；η：效率。

    根據(jù)上述計(jì)算，一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的有效需求冷量為138.53kW�？紤]到高壓變頻器室的系統(tǒng)熱交換效率不可能為1，亦即空調(diào)的冷量完全進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行冷卻實(shí)現(xiàn)100％交換。根據(jù)空調(diào)按照周邊環(huán)境擺放的格局、送風(fēng)距離、循環(huán)風(fēng)速等因素，其系統(tǒng)效率值按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)，考慮到高壓變頻器不可能長期處于100％負(fù)載運(yùn)行，因此選擇12P空調(diào)設(shè)備，每臺(tái)額定制冷量28kW。

    空調(diào)數(shù)量。即：如果實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的環(huán)境溫度控制至少需要安裝7臺(tái)12P的空調(diào)設(shè)備。

    空調(diào)能效比＝制冷量:網(wǎng)側(cè)電耗＝2.5

    一次風(fēng)機(jī)室采用空調(diào)冷卻時(shí)，網(wǎng)側(cè)單位功耗：

    即：每天一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空調(diào)冷卻的日耗電量為：1881.6kW•h。

    按照折合年機(jī)組有效運(yùn)行210天、電價(jià)0.37元/度計(jì)算，每年一次風(fēng)機(jī)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(tái)12P空調(diào)2.5萬元計(jì)算，采用空調(diào)冷卻的設(shè)備總投資為17.5萬元。

    三、空一水冷卻系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

    1．冷卻功率計(jì)算

    由上述計(jì)算可知：兩臺(tái)額定功率1600kW高壓變頻器的額定發(fā)熱量為128kW。采用空－水冷卻系統(tǒng)時(shí)，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％。與空調(diào)冷卻不同的是前者冷卻房間后才能冷卻設(shè)備，而后者則是通過吸收設(shè)備發(fā)熱而達(dá)到高壓變頻器室環(huán)境控制目的。

 其系統(tǒng)效率自然得到提高，而且避免了環(huán)境冷卻所需的冷量消耗。
    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。即：空冷器的熱交換功率不小于73.6kW/臺(tái)，實(shí)際選用的空冷器功率為每臺(tái)設(shè)備75kW。

    2．空調(diào)冷卻耗電指標(biāo)計(jì)算

    每臺(tái)高壓變頻器所配的空－水冷卻系統(tǒng)，主要耗電設(shè)備為一臺(tái)2.2kW的增壓風(fēng)機(jī)。該設(shè)備與高壓變頻器柜頂?shù)娘L(fēng)機(jī)與空冷系統(tǒng)配置的風(fēng)機(jī)為熱備用結(jié)構(gòu)型式運(yùn)行。系統(tǒng)采用室內(nèi)密閉式循環(huán)冷卻，環(huán)境溫度控制在40℃以內(nèi)。一次風(fēng)機(jī)采用空－水冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度控制時(shí)，每臺(tái)高壓變頻器配套的風(fēng)機(jī)總功耗為2.2kW，兩臺(tái)高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)功耗為4.4kW。

    由于該系統(tǒng)利用機(jī)組閉式工業(yè)冷卻水，實(shí)現(xiàn)熱交換。冷卻水循環(huán)利用，循環(huán)水量需求為36t/h每臺(tái)機(jī)組。按照現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行的循環(huán)水總量計(jì)算，該一次風(fēng)系統(tǒng)水量使用比例占總量比重小于2％，因此循環(huán)泵功耗增加很小，可以忽略不計(jì)。

    采用空－水冷卻系統(tǒng)的單位總電耗4.4kW。每天兩臺(tái)機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空水冷運(yùn)行的日耗電量為：24×4.4=105.6kW•h。

    按照折合年機(jī)組有效運(yùn)行210天、電價(jià)0.37元/度計(jì)算，每年一次風(fēng)機(jī)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(tǒng)9.7萬元計(jì)算，采用空－水冷卻的設(shè)備總投資為19.4萬元。

    四、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

    通過上述數(shù)據(jù)計(jì)算，采用空－水冷卻系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)冷卻方式的經(jīng)濟(jì)性比對(duì)分析如下：年可節(jié)約電費(fèi)：，約合13.80萬元。

    即：采用空－水冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)高壓變頻器冷卻運(yùn)行，較采用常規(guī)的空調(diào)冷卻方式運(yùn)行每年僅冷卻部分的電耗即可節(jié)約13.8萬元。在1.5年后即可收回設(shè)備投資成本，實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器項(xiàng)目節(jié)能和輔助設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。

    五、結(jié)束語

    華能某電廠350MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空－水冷卻系統(tǒng)，除了可以帶來直接的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益外，還會(huì)帶來以下方面的經(jīng)濟(jì)收益：

    1．采用新型冷卻系統(tǒng)后，其高壓變頻器的設(shè)備冷卻運(yùn)營成本將比常規(guī)的空調(diào)冷卻降低90%左右。運(yùn)營成本只有空調(diào)冷卻系統(tǒng)的十分之一。

    2．由于新型冷卻系統(tǒng)均采用密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)路循環(huán)使用。具有粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響小等特點(diǎn)。除塵濾網(wǎng)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(hù)人員的工作強(qiáng)度。

    3．由于設(shè)備使用和運(yùn)行數(shù)量降低，且空－水冷卻系統(tǒng)主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)備，其穩(wěn)定性和安全性遠(yuǎn)高于空調(diào)制冷的電力電子設(shè)備。系統(tǒng)的安全性得到提高，從輔助設(shè)備上保障了機(jī)組運(yùn)行的安全。

    4．新型冷卻系統(tǒng)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、操作簡便性、可維護(hù)維修性等安全防護(hù)措施。與高壓變頻器設(shè)備整合運(yùn)行，提高整體安全性能。
 
    5．空－水冷卻系統(tǒng)的使用壽命是空調(diào)設(shè)備的5～8倍，從而可以大大減少設(shè)備的維修維護(hù)費(fèi)用。

    綜上所述，華能某電廠一次風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能項(xiàng)目中采用節(jié)能、環(huán)保的空－水冷卻系統(tǒng)是十分必要、切實(shí)可行，項(xiàng)目具有明顯的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異性，值得在高壓變頻應(yīng)用行業(yè)大力推廣使用，從而實(shí)現(xiàn)高壓變頻項(xiàng)目的全面節(jié)能。