(1) 借助设备本身的冷却系统实现环境热交换,简化系统,不增加独立的冷却风机等设备。减低辅机故障点对系统安全性能的危害。
(2) 通过空-水冷装置把变频器冷却风带出来的设备热量直接由冷却水传递到室外,从而降低主要热源对环境的加热作用。
(3) 由于变压器正常运行时的温度就明显高于功率柜温度,因此独立配置变压器柜和功率柜的热交换器,提高设备利用率。
(4) 变频器室采用密闭环境设计,采用隔热效果好的石棉建筑降低热传导。避免夏季室外温度高带来的加热效应,完全依靠空-水冷装置进行环境散热。
变压器柜的热交换器功率55kW,功率柜的热交换器功率45kW。冷却水温<30℃,出风口温度<38℃。热交换冷却水系统的工作压力0.4Mpa,设计流量分别为30m3/h。管路设计公称压力1.6Mpa,管径DN80具有很高的设计裕量,安全性能优于适配高压电动机的冷却水系统。也就是说,变频器室的冷却水系统并不降低整个注水泵系统的运行安全性能。
现场监测数据表明:变频器满负荷运行情况下,冷却进水温度2℃、回水温度9℃; 功率柜温度11℃、变压器柜最高温度76℃;室内温度10℃、室外温度-17℃。设备运行温度远低于设计值,系统冷却和环境散热均达到设计要求,空-水冷装置的应用效果良好。
4 制造工艺和设备体积
2500kW高压变频器的生产对制造和检验工艺提出了更高的要求:
(1) 为确保系统的高安全可靠性,力求选用技术成熟性能稳定的组件完成功能开发;
(2) 严格入厂检验,保证同型号、同批次,性能指标匹配的组件进入生产;
(3) 加大板件老化力度,严格生产组装工序检验。对组件焊接、螺钉紧固等细节内容进行处理;
(4) 应用新型材料、新工艺降低产品重量、缩小设备体积。
缩小体积、提高单位功率是高压变频技术发展努力的方向之一。尤其是大功率和超大功率高压变频器,在项目改造、推广应用中对体积有着更为明显的要求。体积过大带来的运输、安装、土建等方面的问题往往成为阻碍技术应用的考虑因素。目前,随着移相干式隔离变压器制造工艺和绝缘等级的提高,移相干式隔离变压器已经可以采用一体化设计结构;无需再考虑制造工艺、热量散失等方面的技术因素和制造两台变压器带来的体积问题。功率单元的结构设计和散热问题已经解决,功率柜结构及承重方面也取得进展,设备的功率密度得到有效提高。由北京利德华福电气技术有限公司生产的Harsvert-A06/300高压变频器的整机外形尺寸仅有6356×1300×2674,总重量约7400kg,较同类产品尺寸减少近1/2,如图1所示。系统的整机结构和现场分布也大为简化,消除了因功率等级提高带来的施工等问题。
5 运行效果
自2004年12月顺利投运以来,设备运行状况良好,取得了明显的投资收益。国产2500kW高压变频器的技术水平和设计制造能力完全能够满足现场实际应用需求。对变频器的输出电流波形测试(见图2)和谐波分析(见图3)表明:该设备的应用完全达到预期设计目标,大功率高压变频器设计当中的器件并联均流问题已经彻底解决。变频器的自身冷却系统在配备空-水冷装置后环境温度控制效果极佳。
6 结束语
国产2500kW高压变频器的成功应用,为改变国外品牌一统2000kW以上国内高压变频市场的局面开创了先河,也为国内用户在大功率变频应用方面提供了更多选择。它的实际应用,为国内产品向着功率更大、功率密度更高、性能更强的高端产品市场竞争奠定了基础。在大功率高压变频领域关键技术的解决和验证,为5000kW以下产品的开发、设计提供了宝贵的经验。
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