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  1. 風電裝置中載冷劑的應用
    欄目:行業資訊 發布時間:2017-07-04

      早期的風力發電機由于功率?。饕獢祿考l熱量不大,只需要通過簡單的自然通風就可以達到冷卻要求.隨著風力發電機組的功率逐步增大.自然通風已經無法滿足機組的散熱需求,需要使用更高效或更有針對性的冷卻方式。兆瓦級發電機內所采用絕緣漆的絕緣性能可達到H級,能滿足180℃環境下的長期使用:齒輪箱潤滑油在溫度不高于80℃的工作情況下仍然能保持良好的粘稠度和潤滑系數,在工作中這兩部件的熱負荷非常大,由于不需要對其作嚴格的控溫要求.所以目前主要采用以液體為冷媒的循環冷卻方式。然而控制系統中的變頻器功率模塊卻由于受行業需求和技術條件不成熟等各方面限制。在本身需要有極高可靠性的同時還需要配備輔助設備用于維持變頻器的一定工作溫度區間.變頻器—般的運行環境溫度為40℃.如果溫度高了會使變頻器容易老化.一般到了50℃必須降能運行,如果溫度高于60℃,那必須要使用降溫設備降溫,否則將直接被燒毀。為了解決變頻器的散熱問題,行業內出現了各式各樣的散熱設備,主要包括了強排風開放式冷卻系統、液體熱交換密閉冷卻系統等。

    1、強排風開放式冷卻系統

      強排風開放式冷卻系統是指在放置有變頻器的控制柜柜體上補加對稱的通風孔,在其中一側設置過濾網和強排風風機。通過風機將柜外溫度相對較低的空氣輸送到變頻器,依靠變頻器較高的本體溫度與低溫空氣進行熱交換,交換后的熱空氣經過另一側的通風孔排到柜外。如簡圖四所示。根據冷卻系統的熱平衡方程為:Q=Cm?Vm?△T,式中Q為系統變頻器的散熱量,cm為冷卻空氣在相應溫度范圍內的平均定壓質量比熱,數值大小與冷卻介質物理特性相關.以空氣作為冷卻介質,質量比熱cm=1.008(kJ/kg?℃)【在溫度為20攝氏度.壓力為—個標準大氣壓的條件下】,:Vm為冷卻空氣的質量流量,數值的大小取決于風機的排風量:△T為經過變頻器前后的溫差。從公式中可得出,當冷卻介質不變且維持一定換熱溫差的情況下,換熱量與空氣的質量流量成正比.也就是說換熱量越大所需要的風機就越大。

    強排風開放式冷卻系統有以下幾個缺點:

    1).結構形式的開放性.使得控制柜的lP防護等級降低.隨著散熱系統的運行,外環境的高濕度空氣以及空氣中的大量懸浮粉塵將直接進入控制柜,尤其對近海及海上的風力發電機而言。高鹽堿度的空氣將導致控制元件腐蝕,損壞,嚴重的將產生高壓電弧而將設備燒毀。

    2).散熱能力直接受環境溫度的影響,無法實現定溫控制。由于風力發電主要安裝在空曠邊遠的高山地帶,晝夜溫差明顯,由此產生的較大幅度的溫度波動,容易引起變頻器故障和縮短使用壽命。

    散熱效率低,如果需要滿足大熱負荷散熱的要求,風機的選配將非常大,風機體積的增大會占用更大的控制柜空問.從而影響了整體結構的設計。

    2、液體熱交換密閉冷卻系統
     液體熱交換密閉冷卻系統主要由中間冷卻器,輸送泵.排風風機及連接管組成.如簡圖五所示。從圖可知外界環境空氣對中間冷卻器中的載冷液體進行冷卻,冷卻后的載冷液體將由輸送泵送至變頻器冷卻板.在冷卻板中載冷液體將被升溫。升溫后的載冷液體再送回到中間冷卻器與外環境空氣進行熱交換。通過載冷液體在中間散熱器和變頻器之間不斷循環,將變頻器熱量傳遞到外環境空氣,從而實現對變頻器的降溫目的。

      液體熱交換密閉冷卻系統雖然有效的解決了強排風開放式冷卻系統影響控制柜的防護等級問題.但仍然存在以下幾個缺點:

    1).依靠載冷液體對變頻器進行冷卻,雖然提高了變頻器側的換熱系數,但載冷液體與外環境空氣還需要進行第二次換熱.使總的換熱系數未得到明顯改善.所以仍然體積較大.不利于整體結構的設計。

    2).由于冷卻方式的限制,這類系統只能單一冷卻變頻器,由于整個控制柜內的發熱量也相當大.熱量聚集在控制柜內,會導致變頻器表面溫度過高,影響使用壽命。

    3).受環境溫度影響明顯.無法實現溫度控制,尤其在環境溫度非常低的情況下。載冷液體溫度非常低.在外部出現結露現象.損壞變頻器。

    3、風力發電載冷技術展望

      由于風力發電機工作環境有其獨有的區域分布廣、運行位置高、機艙內振動頻率高、振動幅度大和設備安裝空間極其有限等特點,現有的冷卻方式將難以滿足下—代大容量風力發電機控制器的冷卻需求。因此在現有風力發電機冷卻方式的基礎上,提出強制冷卻控溫系統。

      在實際應用中,強制冷卻控溫系統將對風境,具體表現如下:

    1).載冷劑控溫總承對環境溫度,變頻器內部溫度及載冷劑溫度的采集并且通過作相關的信息處理.有針對性的對載冷劑進行冷卻和控溫。無論環境溫度如何波動,仍然可以維持變頻器運行在27。31℃的理想工作環境當中。

    .載冷劑控溫總承為壓縮式制冷循環制冷機,其通過建立冷凝側和蒸發側的壓力差,提升冷凝側與環境空氣的換熱溫差,結合熱平衡公式Q=cm?Vm?△T,

    可以得出,采用相同的強排風機時.溫差的增大直接使換熱量大大提高,故可以使整體結構變得更緊湊。

    3).通過添加控制柜控溫模塊,極大的改善了控制柜內的工作環境,合理的選℃之間.延長了電氣件的使用和穩定性能。

    4).整個系統采用了間接冷卻方式,了控制柜內一定的相對濕度和一定的粉塵5).’強制冷卻控溫系統采用分體結構,通過繞性軟管連接,這樣不僅提高空間的利用率.而且增強了整個系統的抗振性。


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