环保节能空水冷系统在高压变频器上的应用

环保节能空水冷系统在高压变频器上的应用

摘要：针对高压变频器冷却方式进行改造，使用采用循环水作为冷却水的空水

冷系统，设计具有特色，安全性能高，运行方式灵活，环保节能。

关键词：高压变频器；空水冷；循环水；节能

1 概述

目前，作为节能降耗主要产品的高压变频设备已经在发电、化工、冶金、矿

山等领域得到了广泛应用，并发挥着越来越重要的作用。高压变频器的效率一般

可达95~97% , 其余以热量的形式耗散掉，这些热量直接影响着电子元器件的寿命

及设备运行的可靠性。目前广泛使用的变频器室冷却方式主要是风道开放式冷却

和空调密闭冷却方式，两者在实际应用中都存在一定的弊端，前者积灰严重，变

频器故障率高；后者耗电量大，后期维护成本高。利用风道将设备散出的热风通

过水冷换热器滤热冷却后再进入室内冷却器件,这种循环用风的冷却方法叫做空水冷]。

潘三电厂每台循环流化床锅炉共配有6台风机变频器，各风机均采用变频方

式运行。变频器安装时，采用自然外循环风冷冷却。日常运行时，变频器小室内

被抽成微负压状态，虽然变频器小室进风口加装了滤网，但外界灰层仍大量进入

变频小室，日常人工维护量大，设备故障率高。因此为改善变频器运行环境，根

据现场实际情况，对高压变频器的冷却方式进行了改造，利用电厂循环水作为水源，采用空水冷换热器，不用另外设计水塔，真正做到了环保、节能、高效。

3改造方案

3.1空水冷系统工作原理

空水冷系统主要是由变频器室内冷热分区、轴流风机、换热器三部分组成。

变频室内冷空气在变频器柜顶风机的作用下进入变频器内，冷却电气各元件，由

柜顶风机排出至热风区，热风在柜顶风机和空水冷装置内轴流风机的作用下，经

过空水换热器，换热器的水管中流入温度低于30℃冷却水，热风经过换热后，将

热量传递给冷水，其热量被循环冷却水带走。热风变成冷风从由柜内风机吹出，

送到安装变频器的封闭室内，循环往复。原理如下图所示。

3.2变频器室的改造

每个变频器室设计配有两组空水冷冷却器，单台冷却器制冷量为60KW，配

备两台额定功率为3KW的冷却风机。冷却器安装室外，冷却器基础设计为现浇混凝土基础，挖土深度至原始土层，预埋固定水冷柜的地脚螺栓。变频室用防火夹

心隔热板在变频器柜上、下部隔离出热风区和冷风区。

3.3 冷却水管道的设计与安装

冷却水来取自厂内一路闲置的循环水管道中，水温最高33℃，可供抽取的最

大水量为340T/H，水压0.1MPa。循环水引到一用一备的冷却水泵中，经加压后

进入冷却母管分配到各冷却器，由冷却器出来的热水回到冷却塔。根据现场实际

情况，在满足技术要求前提下，安装2台扬程32m流量320t/h立式管道加压泵。冷却水进水母管管道采用无缝钢管，架空布置；回水母管用螺旋焊管，地下埋设

引至循环水冷却塔。

4 生产中应用总结与项目特点

4.1系统运行方式灵活，可靠性高

4.1.1增压水泵采用经济的变频方式运行，根据不同季节的水温，调整频率运

行，冬季时甚至可以停泵，节能效果显著。备用泵处于备用时，频率自动跟踪运

行泵频率，当运行泵跳闸，备用泵联锁启动，频率自动加至运行泵跳闸时频率，

安全可靠性高。

4.1.2每个变频器室设计有两组冷却器，每个冷却器配备两组冷却风机，每组

冷却器可实现独立控制启停。多台冷却器的设计在提高了运行可靠性的情况下，

同时可根据季节特点、变频器负荷高低，灵活选择冷却器运行台数，在保证变频

器运行环境温度的情况下实现节能目的。

4.2.3当冷却器换热器故障或冷却水系统故障无法运行时，可以将换热器上部

人孔打开，在换热钢管上部用盖板封堵，然后把换热器下部冷风区各人孔门打开，这样热风排出装置，大气温度的自然风经风机鼓入变频器室内，使原来的闭式循

环变为开式自然风循环。此方法在运行中已经得到实践，在正常运行工况下完全

满足变频器的冷却要求。

4.2系统运行安全、环保

整个系统的运行既不会受到其主要运用场合环境的影响，也不会对周围环境

产生新的污染。冷却风在装置构成的密封空间中循环流动，进行热交换的空气能

够保持其洁净度、不受外界环境污染。冷却水采用电厂循环水，吸收热量后排入

电厂已有的冷却塔，重复使用，非常环保。冷却系统换热装置设置在变频器室外，可以避免了冷却水管线在高压室内布局出现破裂时，漏水危及高压设备运行安全

的事故发生，安全可靠性高。

4.3系统运行高效、节能

换热器采用高质量不锈钢管，能克服铜管易被循环水腐蚀的缺点，设计换热

面积大，换热效果好，室内温度也完全符合变频器运行要求。换热装置设计有钢

管泄漏检测报警及泄漏水自动排出功能，运行高效，可靠。装置结构简单、实用，安装、使用和维护方便，无须对现有的高压变频设备进行大规模的技术改造。

5 改造效果分析

6.1空水冷密闭冷却与传统柜机空调节能对比

进行空水冷改造后，每个变频器室配备两组冷却器，共12组冷却器。每组冷却器的额定制冷量为60KW，12组冷却器总制冷量为720KW，按照夏季最极端的

气温条件考虑，空冷器全部冷却风机运行，增压泵额定出力工作，则每小时耗电

量为117KW，能效比为6.2。如果使用传统的柜机空调进行冷却，达到同样

720KW的制冷量，则需要10P的空调30台，小时耗电量220.5KW，能效比为3.3。按照电价0.42元/度，则空调冷却方式运行成本为2223元/日，空水冷冷却方式

运行成本为1179元/日，是空调冷却成本的53%。

通过实践应用证明，系统增压泵只需要在7、8、9月份的高温天气使用，其

他月份均可以降低频率，甚至停用，在不使用增压泵的情况下成本可降低到空调

冷却成本的33%；

综合各个季节特点不同运行方式下，与采用空调冷却方式相比较，每年可节

约运行成本60万以上。从长周期应用比较，通常空水冷系统的使用寿命是空调

设备的5～8倍，而用空调后期的维护费用较大，因此单维护费用一项节约费用

非常可观。

6.2改善运行环境，提高了变频器工作可靠性

采用开放自然风循环冷却方式日常运行时，虽然变频器小室及柜体进风口加

装了滤网，但细灰仍大量进入变频器内，功率单元内积灰严重，变频故障率高，

最高时达12起/年；改造后，变频器工作环境与外界隔离，积灰非常少，只需停