高压变频器在轧钢厂浊环系统及加热炉系统的应用

图4 变频器安装尺寸图

2.4 散热方案

2.4.1散热方案的对比介绍

高压变频器属于大型电子设备，在运行过程中本身的能量消耗较大，变频器消耗的能量全部转换为热量，通过变频器的冷却风机将热量带到变频器本体之外，由于这部分热量绝对值较大，一般达到几十kW左右，如果不采取措施妥善处理，可能会使变频器运行环境温度过高，影响变频器的正常运行。

目前常见的解决办法主要有三个：

1）风道开放式冷却

安装风罩收集变频器排出的热风，通过风道将热风直接排放到变频器安装的环境以外，优点是施工方便，造价低；缺点运行稳定性依赖于当地环境；

2）空调式密闭冷却

在安装变频器的房间内安装空调，利用空调将环境温度降下来，优点是施工方便，维护量低，使变频器的运行环境良好；缺点是前期费用投入较高，长期运行耗能高；

3）空-水冷密闭冷却

安装空水冷却器，其作用与空调类似，优点是可以利用现场已有的资源（现场的冷却水），设备运营成本是同等热交换功率空调的1/3-1/4，运行维护费用低，使变频器的运行环境良好；缺点是前期费用投入高，安装调试相对复杂。

综合比较以上三种方案，应该说各有其优缺点，用户一般会根据自身的特点和要求选择最适合自身条件的方案来实行。

2.4.2 符合现场实际情况的高效散热方案

按照高压变频器运行效率96％进行计算：变频器的最大散热功率为：变频额定功率×4％。根据现场的实际情况，综合冷却系统的投资和运营成本，现提出下面的冷却方案：

1） 风道开放式冷却

(1) 冷却过程

冷风经变频室入口滤网进入变频器，经过对机体进行冷却后，再由变频器风道出风口将热风排出。

(2) 安装方式

风道开放式冷却施工比较简单，变频器的热风通过风罩进行采集，只需在现场制作风道，利用风道将热风排出室外；变频室的墙壁上另外开两个口，安装上滤网，作为进风孔。如下图所示：

图5 变频器风道冷却安装图

根据现场实际情况实际空间各变频器布置如下：

两台280kW/10kV净环水泵,拟采用一套高压变频器，变频器房间建在净环水泵后面空地处，房屋如下：

图6 单台变频器一个房间并列图

棒材厂旋流池系统三台高压水泵电机（315kV/10kV）需要变频改造两台水泵，一台高压变频器室建在旋流池地表面旁边，图纸如上。

棒材厂旋流池净环水系统另一台电机；棒线加热炉煤烟风机、空烟风机；高线加热炉风机、煤烟引风机、空烟引风机，总共六台设备布置在一间新建（新建变频器房间基础高度在60mm左右有室内电缆沟）,变频器室如下图：

图6 变频器室内布置图

三、应用效果分析

由于现场运行中负载调节频率较高，根据同工况经验值与现场采集的数据计算所得以下数据。

3.1 工频状态下的耗电量计算

Pd：电动机功率 ；Cd：年耗电量值 ； U：电动机输入电压 ；I：电动机输入电流 ；cosφ：功率因子； T：年运行时间；δ：单负荷运行时间百分比

电机耗电功率计算公式：Pd =×U×I×cosφ …①
累计年耗电量公式：Cd= T×∑（Pd×δ）…②

根据计算公式①②，通过计算可得出工频情况下单台各负载的耗电量如下：

3.2变频状态下的年耗电量计算

对于普通风机、水泵负载，变频状态下的计算如下：
Pd′：电动机轴功率 ； P′：风机（泵）轴功率 ；ηd：电动机效率 ；ηb：变频器实际效率 ；Q：风机（泵）出口流量 ；H：风机（泵）出、入口压力差，λ:管网特性系数。

由轴功率：P′= λ* Q * H …⑥，

代入风机（泵）的额定值，得出其管网特性系数λ。

将风机（泵）在不同负载下的λ 、压力、流量值分别代入上式，可以求得P 轴功率。

电动机效率ηd与电动机负荷率β之间的关系如下图一所示。

变频器效率ηb与系统负荷率β之间的关系如下图二所示。

则网侧消耗功率：

累计年耗电量公式：Cb= T×∑（Pb×δ）…⑧

根据计算公式，通过计算可得出变频情况下单台各负载的耗电量如下：

3.3节能计算

年节电量：ΔC= Cd－Cb …⑨
节电率=（ΔC/Cd）×100% …⑩

变频改造后，根据公式⑨⑩，计算出单台负载上变频后与工频相比每年的节电情况如下：

注：1)、以上计算均属于理论计算值，存在±3%的偏差；
2）、设备年运行时间按照8000小时计算。

四、应用高压变频调速系统产生的其他效益

4.1 维护量减少

采用变频调速后，无论哪种工艺条件，随时可以通过调整转速使系统在接近额定状态下工作，通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低电机的转速。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件的寿命；同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。

4.2 工作强度降低

由于调速系统在运转设备与备用设备之间实现计算机联锁控制，机组实现自动运行和相应的保护及故障报警，操作工作由手动转变为监控，完全实现生产的无人操作，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证

4.3 减少了对电网的冲击

采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。