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户外箱式变频器应用研究与技术实现
 

摘要:本文主要研究了户外整装结构箱式变频器的工程应用,并对技术实现方案进行了详细介绍,结果表明户外箱式变频器全面解决了高压变频器应用中的房屋建造、冷却配套、环境控制等一系列问题,成功的将工程应用产品转化为制造产品,并在石油、电力、钢铁、矿山等行业得到实际应用。


关键词:户外箱式变频器、高压变频器应用、环境控制


一、概述


      随着各行各业对节能降耗的迫切需求,高压变频器的应用领域得到不断拓展。对高压变频器的应用空间、运行环境、安全防护等方面提出更高的要求。现场往往由于安装位置空间小而不能满足变频器安装的空间需求;再者,现场环境温度高、粉尘大、空气中含有腐蚀性气体或金属粉末等因素直接影响变频器的安全稳定运行。户外整装结构箱式变频器的研制成功,从技术层面上解决了通用高压变频器环境适应能力差、现场要求运行条件多、自身功能单一等问题。


      利德华福通过多年的经验积累,和对高压变频器在各行业应用环境的适应情况以及变频器运行安全与环境的关系研究,针对性的开发出“BLH-OEC系列户外整装结构箱式变频器”,简称“户外箱式变频器”。


二、户外箱式变频器的技术需求


      户外箱式变频器着力解决高压变频器的运行环境问题、应用问题,对提高变频器的运行安全性、稳定可靠性具有重要的现实意义。


        1)高压变频器产品的防护等级由通用的IP20或IP31提高到新型结构形式下的IP43及以上。(变频器室部分为IP54,整体防护等级IP43。)


        2)户外箱式变频器自动配备互为冗余的制冷系统,解决变频器自身散热问题。无需用户再考虑提供空调、风道等冷却。


     3)配备SCS环境控制系统,实现密闭条件下的环境温度、湿度等指标控制。保证变频器在高温潮湿、盐雾腐蚀中运行稳定;即便是在设备停用时,室内也具有良好的存储条件。


        4)内部适配消防、应急通风、报警等设备,保证高压变频器室出现异常时发出报警;并自动开启消烟通风措施。


         5)室内设有配电、检修照明,以及应急照明等设施;确保变频器室内设备及检修等安全需要。


         6)设备占地面积小、空间利用率高,较通用变频器使用空间节约40%。采用集装箱式结构,便于运输、转运。


           7)设备就位即安装完毕,大大缩短了现场施工周期、节约工程施工成本和宝贵的节能收益时间。


     8)户外箱式变频器在箱体侧部预留设备与现场连接接口(高压端子箱),省去电缆沟道开挖的繁琐;直接提供高可靠性连接器,安装方便,使其应用更加简单便于拆装。


三、户外箱式变频器的系统方案


      为了解决高压变频器的环境控制问题,提高系统安全可靠性、降低施工和运营成本。户外箱式变频器采用集装箱式结构,整体吊装可以直接户外独立放置安装。其结构不仅包括高压变频器部分(变压器柜、功率柜、控制柜、旁路柜)及配套组件,还包括室内照明、配电、冷却、加热、除湿、保温、通风和消防报警及检修设备等。


        1)电气系统方案


      户外箱式变频器在电气系统上的原则是不改变变频器内部结构及电气设计,保证变频器的安全、可靠性。安装在箱体内的电气设备及辅助控制设备,采用统一的自动双电源互为备用的自动切换负荷分配方案。正常情况下,现场仅需要提供一路380VAC电源,另一路电源变频器通过10KV高压侧变压器三次线圈提供。


      所有控制电缆的接线端子标牌标识清楚,容易辨认;电气设备的内部连接线通过电器端子排连接,提供电气外接端子,端子排上预留20%的备用端子。


       动力电缆采用高压端子箱,将变频器与现场连接用电缆集中引出箱体,解决变频器及环境控制设备与现场接口的问题,在设备到达现场后可直接打开接线盒进行线缆连接。
      
         

2)环境控制方案


         在变频器室配备开放式冷却/加热装置,与变频器一体化设计,解决变频器散热和停机条件下的存储问题,保证设备在5~30℃的环境下持续运行,避免高温、高湿条件下的设备内凝露等问题。


         开放式冷却装置主要由压缩机组和电控制柜组成。为保证变频器安全运行稳定性,两套冷却装置互相隔离分别控制,即当其中一套装置故障后,另一套冷却装置不受影响。每套冷却装置配备两台不同功率的压缩机,正常运行时由两路电源分别供电,根据设备负荷大小和环境温度选择开启一台或两台工作,提高冷却装置的安全经济性能。当单段电源故障时,另外一侧电源带两台压缩机100%负荷运行;正常运行中一台压缩机工作跳闸时,自动启动另外一台运行。为保持压缩机组始终处于良好运行状态,系统自动实现轮换制度,两台压缩机交替使用,寿命相当。


         同时,由于变频器排出的热风全部通过冷却装置进行直接冷却后引至变频器,实现变频器风路循环的完全100%交换,大大提高了冷却系统的循环效率,达到节能的目的。


         同时,变频器室内独立安装除湿装置,实时检测环境内湿度自动进行空气除湿;保证变频器室内环境的相对湿度维持在60~90%RH之间。


        3)空间安全解决方案


         ①照明


        箱体内配有照明、插座配电、应急照明,插座配出回路采用漏电断路器,漏电动作电流30mA。室内按照设备检修、巡检的需要进行照明配置,照明灯具采用新型荧光灯或LED灯,照明度不低于100Lux;并设置应急照明,应急照明采用带蓄电池(照明持续时间为20-30分钟)的照明灯具,应急照明度不低于50Lux;标配3个单相(二孔、三孔)插座。


      照明开关安装于检修门和人门入口侧室内墙体1.21.4m位置,便于操作;设置23只翘板开关,方便并根据情况开启照明,减少不必要的电能浪费和灯具独立检修和更换。


         ②通风及消防安全设施


         压缩机室部分采用百叶窗结构设计,保证压缩机组能够有效工作。变频器室向压缩机室侧安装有消烟通风机,变频器室底部安装有两个烟雾检测传感器,当两台传感器均检测到信号时,自动发出报警信号,并开启排烟通风机。将变频器室内的危害气体排出,避免对巡检人员进入时的危害。另可根据现场情况,选配气体消防设施,有效控制火灾或重大事故的发生。


         箱体内部的地板、墙体保温均采用防火地板及岩棉等阻燃材料施工,确保房间内不会由于温度过高或出现易燃易爆等危及人员和设备安全的情况。


         ③接地


        在箱体的对角两端,提供合适的接地端子板,保证箱体内所有的电气设备的非带电金属部分与箱体有良好的电气接地连接。为了便于安装及检修,箱体上每个需要现场安装的设备都应提供一个接地端子,通过接地线与箱体两端的接地端子板上的接地端子相连。接地端子板上的接地端子与箱体上独立安装的设备数相配合,接地端子应配有锁紧螺母和垫圈。选择的接地线和连接导体应有适当的载流量,绝缘接地电缆颜色为黄绿相间。


         4)箱体结构


      户外箱式变频器的箱体结构设计满足箱体运输和起吊转运的要求,按照变频器自身的重量分配进行箱体结构的承重强度设计,合理分配内部设备布局。变频器按照后部靠墙的方式安装固定,箱体本身针对变频器的检修、维护需要,设置检修门、设备门及人门。在进行现场检修时,可根据情况开启不同位置,进行操作,提供更为有效的操作空间。


       箱体保温的设计上,采用岩棉+聚苯保温板的形式,保证在夏季最高45℃条件下,不会由于箱体的导热或暴晒浪费电能。箱体门缝采用错封加密封条的结构设计,避免雨水和粉尘进入。箱体顶部及两侧设计导流槽,在雨水条件下保证排水措施有效,避免箱体溢流。

  


          5)现场安装方案


      目前,户外变频器箱体的尺寸按照9米(长9144mm×2438mm×3180mm)和12米(长12192mm×2438mm×3180mm)两种规格进行设计,符合公路运输的标准。同时,箱体采用四角吊装方式转运,设备总重量不大于20吨。设备安装就位时,要求占地面积平整,采用混凝土浇筑地面的单位面积承重载荷不小于1500Kg/m2。设备就位之后,只需进行简单的线缆连接并做好箱体的接地工作即可,大大减少了现场施工量,为用户提供了便利,也为公司创造了价值。


         四、结束语


      户外箱式变频器的实际运用,在彻底解决了高压变频器应用中还需要现场房屋、冷却等配套设施建设的问题,将工程产品转化为制造产品在高压变频器生产制造过程中得到全面解决。为高压变频器项目的工期控制和解决高危环境条件下的运用提供了有效的技术实现手段。目前,该户外箱式变频器结构已经在石油、电力、钢铁、矿山等行业得到实际应用。

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