高壓變頻器的幾種冷卻方式
北京利德華福電氣技術有限公司 呂澤玉
一、引言
在電力、化工、煤礦、冶金等工業生產領域要求高壓變頻器有極高的可靠性。影響高壓變頻器的可靠性指標有多項，其中在設計過程中其散熱與通風是一個至關重要的環節。目前高壓變頻器有高-低-高式、元件直接串聯式、中點箝位多電平式、單元級聯式等多種方式，一般來講，上述各種方式的高壓變頻器，其效率一般都可達到96~98%;但由于設備功率大，在正常工作時，仍要產生大量的熱量。為保證設備的正常工作，把大量的熱量散發出去，優化散熱與通風方案，進行合理的設計與計算，實現設備的高效散熱，對于提高設備的可靠性是十分必要的。
高壓變頻器設備功率較大，4％的功率損耗主要以熱量形式散失在運行環境當中。如果不能及時有效的解決變頻器室的工作環境溫度問題，將直接危及變頻器本體的運行安全；最終因為溫度過高，導致變頻器過熱保護動作跳閘。為保證變頻器具有良好的運行環境，必須對變頻器及運行環境的溫度控制采取措施。
二、冷卻方式
通過變頻器工程應用經驗的積累，針對不同的應用環境現場提供完整的變頻器冷卻系統解決方案。常用的幾種冷卻方式主要包括：⑴ 風道開放式冷卻；⑵ 空調密閉冷卻；⑶ 空－水冷密閉冷卻；⑷ 設備本體水冷卻；⑸ 上述方式組合冷卻。
1. 風道開放式冷卻
1.1冷卻過程
冷風經變頻室通風入口濾網進入變頻器，經過對機體進行冷卻后，再由變頻器風道出風口將熱風排出。
1.2安裝方式
風道開放式冷卻安裝比較簡單，只需在變頻室的墻壁上開兩個通風入口，安裝上濾網，然后在變頻器的柜頂風罩上向外引出出風口風道即可，如圖1所示：
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| 圖一 |
(1)施工簡單，維護量大；
(2)費用低廉；
(3)運行穩定性依賴于當地環境
2. 空調密閉冷卻
2.1容量選擇原則
按照變頻器的發熱量和控制室環境實用面積來選擇空調的容量。
2.2安裝方式
變頻器室安裝空調時，要求變頻器控制室空間要盡可能小，并且做好密封，避免夏季室外溫度高帶來的加熱效應。具體設備布局如圖2所示。空調的安裝位置可根據現場實際情況布置在變頻器兩側。
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| 圖二 |
(1)急速高效制冷
(2)童鎖功能，防止誤操作
(3)廣角送風，室溫均勻舒適
(4)防冷風設計，送風舒適
(5)獨立除濕
(6)低溫、低電壓啟動
(7)室外機耐高溫運轉
(8)室內密閉冷卻
(9)冷卻功率留有余量
3．空－水冷密閉冷卻
3.1基本原理
空－水冷卻系統是一種利用高效、環保、節能的冷卻系統，其應用技術在國內處于領先地位。其外形及原理如圖3所示：
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| 圖三 |
安裝空冷器要求必須在密閉環境中，為了提高冷卻效果，安放設備的空間盡可能小。流入空冷器的水為工業循環水，為保護設備，要求循環水的PH值為中性，且無腐蝕損壞銅鐵的雜質，進水的水壓一般為0.2～0.3Mpa，進水溫度≤33℃。
空冷器的維護簡單易行，一般半年維護1次，進行冷卻管道沖洗。
3.2施工安裝
單套系統一臺變頻器配備兩臺空冷器；單臺故障時，不會對系統產生較大影響。具體設備布局如圖4、5所示。空冷器的安裝位置可根據現場實際情況布置在變頻器正面或背面。
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| 圖四 |
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| 圖五 |
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| 圖六 升壓泵現場圖 |
設備整體安裝于高壓變頻配電室墻外，采用風道與變頻器的柜頂排氣口直接連接，提高了冷卻器的設備運行效率，能夠對變頻器排出的熱氣直接降溫處理。同時，避免冷卻水管線在高壓室內布局容易出現破裂后漏水危及高壓設備運行安全的嚴重事故發生。在空—冷系統的設計當中，為了防止空冷器出口側凝露冷風帶水排入室內，對空冷器的出風口、風速等指標進行設計計算；保證良好的排壓情況下，運行安全穩定。另外，為防止空冷器漏水后進入室內，在空冷器的出口側設置了淋水板；當漏水或有積水時，可以直接排向室外。完整的冷卻系統解決方案，有效減低了輔助系統的故障率以及對主要設備的運行安全影響程度。
3.4系統特點
(1)設備安裝簡單、快捷。
(2)設備使用壽命長、故障率低、性能可靠。
(3)設備的運營成本是同等熱交換功率空調的1/3-1/4倍。
(4)室內密閉冷卻、干凈衛生；變頻器維護量低。
(5)無需濾網清洗。
(6)事故情況下可采用通風冷卻，不影響設備安全。
(7)冷卻功率留有余量
4．設備本體水冷卻
從散熱的角度來說，水冷是非常理想的。但是，水循環系統工藝要求高，安裝復雜，維護工作量大，而且一旦漏水，會帶來安全隱患。所以，能夠用空氣冷卻解決問題的場合，就不要采用水冷。
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| 圖七 |
各種冷卻方式的指標及運行成本比較見下表所示:
| 冷卻方式 | 風道開放式 | 空調密閉式 | 空－水冷卻 | 本體水冷 |
| 設備投資 | 低 | 高 | 高 | 很高 |
| 冷卻效果 | 一般 | 好 | 好 | 好 |
| 適用范圍 | ≤1600kW | ≤1000kW | ≤6000kW | >6000kW |
| 適用地域 | 0－35℃ | 無要求 | 有冷卻水 | 無要求 |
| 適用環境 | 潔凈 | 粉塵大 | 粉塵大 | 無要求 |
| 溫度控制 | 當地溫度 | 22－35℃ | 20－35℃ | 20－30℃ |
| 維護量 | 大 | 較小 | 小 | 小 |
| 運行成本 | 低 | 很高 | 較低 | 較高 |
| 運營費用(元/kW) | 0.0291 | 0.178 | 0.0458 | 0.089 |
三、結束語
根據南北方地域、溫度、濕度、設備安全等多方面因素，秉承“適合的才是最好的”服務理念，根據用戶的實際需求提供完美的高壓變頻冷卻系統解決方案，力求做到系統最優、安全穩定、經濟性高。
在1600kW以上大功率、超大功率高壓變頻器當中，空－水冷卻系統方案仍具有較強的適應性和技術優勢。在山西某電廠2×3400kW引風機變頻器項目中充分證明：采用完全密閉的空水冷卻方式，運行效果極佳，安全度高，充分顯示出該種冷卻在大功率、超大功率產品應用中的優勢，大大提高了產品的安全穩定性能，且節約了大量的二次能耗和維護成本，體現了項目良好的綜合經濟效益。總之，開發和選擇新型高效散熱技術對高壓變頻器進行冷卻，是提高設備可靠性的一個重要措施。