1、機組負載概況
河北省西柏坡第二發電有限責任公司隸屬于西柏坡發電廠，坐落于河北省紅色革命根據地――平山縣，目前投運機組達240萬千瓦的發電規模，為河北南網最大電廠之一。作為“全國質量效益型先進企業”，國家電力公司“一流火力發電企業”和“雙文明單位”一貫重視節能降耗工作，2005年本廠對2X300MW機組的一臺循環水泵采用國內某高壓變頻" title="高壓變頻">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" 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2007年本廠對三期2×600MW機組（#5機、#6機）的凝結泵進行變頻改造，凝泵電機采用湘潭電機廠產品，額定功率為2300KW。經過對國產高壓變頻器產品的設計方案比較及實際現場考察和競標，廣州智光電氣股份有限公司的Zinvert系列智能高壓變頻調速系統" title="調速系統">調速系統以其相對較寬的溫度適應范圍，較強的環境適應能力，成為此次凝泵高壓變頻調速節能改造項目的中標設備，設備型號ZINVERT-A8H2800/06Y。
根據現場安裝條件，設備安裝于機組零米層的凝結水泵附近空位，開放空間，系統的散熱采用輔助風機加強對流的外循環散熱冷卻。高壓變頻器采用進出線電纜上進、上出，在雙方工程技術人員的努力配合下，經過一周時間的安裝和調試，設備現場一次性投運成功。
2、凝結水泵高壓變頻的散熱方式
目前高壓變頻器已經成為電廠凝結水泵的標準配套設備，高壓變頻器在凝結水泵的應用案例已經是層出不窮，甚至對于1000MW機組凝結水泵的高壓變頻器已成為新建火電機組的標準配置。結合ZINVERT系列高壓變頻器對環境的高魯棒性" title="魯棒性">魯棒性特點，相較眾多電廠凝泵高壓變頻器應用案例，本廠的高壓變頻器的散熱方式采用了投資和運行成本相對比較低的安裝方式。
2.1高壓變頻器散熱方式簡介
高壓變頻器使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關元件，其發熱量較大，一般的系統效率約96～98%，就是說高壓變頻器有2～4%的功率以發熱形式消耗。這些熱量必須散掉以保證設備本身的電力電子器件的工作溫度，常見的高壓變頻器本身設備內部的散熱分為風冷與水冷，目前電廠應用的國產高壓變頻器一般均采用風冷。在一定結構設計條件下，空氣溫度、密度（如海拔的影響）、進風量（風速）決定設備的工作散熱情況;而在以上環境條件下功率部件的結構設計決定系統的允許工作溫度。結構設計設計和運行環境的溫度影響系統運行的穩定性及功率元件的使用壽命、設備的工作穩定性。ZINVERT系列高壓變頻器的單元設計散熱器采用了“寬而短的風道”，電力電子器件在散熱器的布局近似“一字排開”、每個器件均具有相對獨立散熱面積與熱交換" title="熱交換">熱交換條件，使得功率單元的額定工況下的溫升均控制在20K左右，從而使設備對環境氣溫的適應性提高，提高了系統的魯棒性與運行可靠性。
高壓變頻器內部的熱損耗散出后的系統散熱的具體方式多種多樣，但從設備散熱是否需要制冷設備、環境是否密閉分兩種：無制冷和熱交換設備的外循環方式，另外就是加裝空調或水空熱交換裝置的內循環方式。這兩種散熱方式分別適用于不同的運行環境：
（1）加裝風道或排風機外循環方式，主要針對于現場環境相對清潔，空氣中灰塵較少、污穢和腐蝕氣體含量在設備工作允許范圍內，年環境溫度滿足設備運行溫度要求的現場。采用風道散熱設計達的散熱方式又可分為風道直排方式、房間隔層直排方式、風道加排風機方式、隔層加排風板方式、導風板加排風機等多種方式。這些方式需注意的事項：在內部熱風排出后的新風補充須有足夠大的進風口，防止室內形成負壓，空氣密度降低產生高海拔效應，人為的降低設備系統容量。設備運行維護需注意對設備柜體進風濾網的定時或根據環境條件做好更換和清潔。
（2）增加制冷和換熱器，利用冷卻介質與把高壓變頻器設備" title="變頻器設備">變頻器設備風冷散熱后加熱空氣進行熱量交換，變頻安裝室內的空氣并不更換而將熱量帶出變頻室，這類散熱方式包括了空調制冷散熱方式和水（制冷水或循環水）空熱交換冷散熱方式。此方式主要針對設備安裝現場的外部環境灰塵大，或含導電粉塵、較大腐蝕性氣體等工程項目，此散熱方式需注意外部設計制冷或熱交換器設備的冷卻容量、介質的密封、設備安裝室的隔熱和密封等問題。
因此，因此高壓變頻器對安裝環境的溫度、粉塵、濕度等都有較高的要求。
2.2 凝結水泵的高壓變頻器散熱方式介紹
本廠的#5、#6機組的凝結水泵改造工程的高壓變頻器安裝在零米層的凝結水泵旁，環境溫度較高、環境濕度較大，但現場粉塵較少。本著設備安全運行與成本控制兼顧的原則，本廠工程技術人員與設備協商并進行現場調研論證后，對這兩臺2300kW/6kV凝泵電機的ZINVERT高壓變頻器采用敞開式安裝、采用外循環式強迫風冷散熱方式。
設計人員依據系統本身性能條件，采用開放式進風，但設備安裝有較多的管道、遮擋物，無法安裝風道，且出風臨墻，為避免系統吹出的熱風再次進入系統再循環，系統排風口與墻體間有障礙物，現場不能安裝風道或隔層，現場采用導風板加排風機方式散熱。導風板的角度與系統離墻的距離有關，排風機的安裝高度與系統離墻距離及導風板的角度有關，散熱方式示意圖如下圖2：
圖2：導風板散熱方式示意圖
本廠#5、#6機組的凝結水泵改造工程用ZINVERT高壓變頻器采用以上散熱方式，可節約大量的改造成本和運行成本，與密閉安裝空調散熱改造方式的對比如下：
（1）敞開安裝導風板冷卻方式不需要蓋房，在不露天的場地制作基礎就可進行安裝。因此敞開式安裝導風板冷卻方式比密閉安裝空調冷卻方式，其土建成本低得多。
（2）導風板散熱方式僅采用一塊鋼板、一臺軸流風機，較空調散熱方式的設備投資小得多。
（3）導風板散熱方式外部散熱系統導致系統故障的概率為零（由于高壓變頻器的耐環境溫度特性浩，實際證明即使軸流風機故障后高壓變頻器設備也能夠正常運行），而采用密閉變頻小室采用空調散熱方式的話隨著使用年限的增加，空調故障造成設備散熱故障的概率大幅提高（這也是一般采用空調散熱的話一般需要設計備用空調的原因）。
（4）導風板散熱方式運行費用（電費）極低，以內循環空調散熱方式對2300kW系統散熱制冷所需要的至少30匹空調的制冷耗電功率約20kW、軸流風機功率約5kW，而年耗電多11萬kWh以上。
（5）導風板散熱方式基本不需要維護，而空調散熱方式隨著使用年限增加，其維護費用也大量增加。
（6）導風板散熱方式使用壽命可達15年以上，而空調的使用壽命一般為6年左右。
從以上幾個方面的比較分析，本廠選用散熱設計獨特、對環境適應魯棒性強的ZINVERT系列高壓變頻器，并采用導風板外循環散熱的方式做到了節約設備投資與運行維護投資雙重效果。由于ZINVERT高壓變頻器設備溫升低、散熱設計優良，采用該散熱方式的#5、#6機組凝泵的高壓變頻器經歷了夏季高溫考驗、設備運行穩定，未出現過由于設備高溫導致的警告或保護停機的現象。
3、凝結水泵高壓變頻器節電效果
本長的#5、#6機組凝泵高壓變頻改造分兩期進行，分別利用機組小修期間進行安裝調試，均在小修結束一次性投運成功，設備自投運以來安全穩定運行，節能效果顯著，生計部的改造前后的統計數據如下：
#5、#6機組600MW機組凝結水泵高壓變頻調速改造節能效果
注：工頻/變頻運行電流均為6kV開關柜進線的電流，母線電壓6.3kV左右。
由于機組調峰關系，機組的負荷時有變化，由記錄數據看，機組負荷越低，輸入電流降得越多，凝結水泵電機的從電網輸入的功率越低，節電效果越明顯，根據本廠2007年的負荷情況，凝結水泵變頻改造綜合節電率可達28%以上。
4、電廠輔機高壓變頻器設備選型環境適應的高魯棒性要求
目前由于元件耐壓、技術成熟等方面的實際情況，目前國內高壓變頻主回路拓撲一般采用單元級聯式，但是各家具有自主研發能力的廠家的產品在控制技術、散熱技術等方面又有不同技術，正是由于這些專業化廠家的推動，高壓變頻技術日趨成熟，特別是一些針對性的技術，大大提高了變頻系統的穩定、可靠性。對于類似凝結水泵這類電廠鍋爐重要輔機采用高壓變頻器，除電氣方面的因素考慮外，建議在進行設備選型時需特別關注產品的技術性能、設備運行穩定性與可靠性，特別是設備對惡劣環境的適應能力。
高壓變頻調速系統使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關元件，其發熱量較大，對安裝現場的散熱要求較高;同時高壓變頻調速系統也是由大量的電子器件組成的復雜的電子系統，這些電子器件穩定運行除了對運行現場的溫度要求較嚴格外，對運行現場的粉塵、電磁干擾、濕度等指標的要求也較高。若設備結構設計不合理，當環境溫度較高時系統就可能因過溫保護停機，減少了設備利用率，因此采用合理的結構設計、降低對環境的要求可提高設備改造的投資。智光電氣的ZINVERT系列高壓變頻器可適應南方高溫、潮濕等環境，充分考慮了防塵與冷卻問題，甚至可采用室外一體化箱式安裝方式，散熱設計優勢顯著。特別是進行機組輔機高壓變頻器節能調速改造時，對于現場清潔、粉塵少的情況，完全可采用簡單可靠的散熱方式，采用環境適應的魯棒性的設備，不僅起到預期的改造節能效果，同時可大量節約設備投資，同時可降低設備的運行和維護費用。
經過西柏坡電廠前后兩期變頻改造設備選型與運行情況比較，建議在選用高壓變頻調速系統進行節能改造時的選型除電氣方面的因素考慮外，更加關注產品的技術性能、設備運行穩定性與可靠性，特別是設備對惡劣環境的適應能力。
參考資料
ZINVERT系列高壓變頻調速系統培訓教材，2007，廣州智光電機有限公司
