大功率整流装置几种冷却散热方式

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-12-24 14:25:32 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:大功率整流装置几种冷却散热方式

各种风冷散热的功能特点:

1、无风机或辅助风扇自然散热,属被动式散热,散热器体积大(是风冷的四倍),温升高(大于40℃标准)出力小(一般小于1500A),散热效率低效果差,容量裕度较小,一般为中小容量采用,再则需盘柜前后开孔,使电磁防护能力降低,也更容易集灰。
2、多柜有集中风道传导热风,风机独立安装,维修方便,不影响整流柜运行,灰尘较多,进出口风阻较大(大江12F、14F、20.21F和二江厂模式,有长期的运行经验和良好的运行效果);
3、单柜单风机,风机可靠性较低,维修不便,振动噪音、灰尘较重,存在热风短路现象。(大江模式)
4、单柜双风机(哈厂热管柜)体积较大,维修不便,振动噪音、灰尘较重,单风机效力降低,存在热风短路现象;
5、多柜集中双风机互为备用,风机独立安装,双机可靠性更高,确保供风,维修方便,灰尘有虑网,存在部分热风短路现象,(大江20F、21F);
6、大循环方式,将热风直接排到厂房内(外),借助厂房空调或自然气温散热,散热效率较高,灰尘较多(二江厂模式);
7、小循环方式,在有限的空间内(励磁室),设置局部冷却空调协助散热,总体散热效率不高,灰尘较多,停空调时热风短路,使散热效率更低(大江厂);
8、密闭循环二次水冷,有冷媒(清水)介入,可确保密闭系统内的散热效率很高,灰尘很少,消除热风短路,但要解决水源问题;
9、密闭循环二次换热风冷,将密闭柜体内的热量,用热管换热器置换到风道以外,有独立的双风机互为备用,较大的交换量确保散热效率,容量裕度较大,单柜出力可达3600A,冷热风密闭循环,彻底解决集灰等问题。

励磁装置大功率柜整流柜的冷却散热方式及各种应用型式可由下图表示:

    由上图可见,目前大功率整流器冷却散热技术的发展,已由多样性、试验性发展趋于几种固定模式。随着热管技术的成熟,热管散热器的加入给我们提供了更多的选择方案。
选择的关键就是“有风”与“无风”的区别,采用热管散热器,可以为“无风”自冷散热提供可能。当前国内无风的热管整流柜可达1800A,可能还需要适当的环境配合。无风条件下的整流柜结构与有风的完全不同,要有很高的自然对流散热。热管散热器体积较大,平置安装,这种结构的不足为,柜体内的热量积聚较多,不太容易散发,对环境要求较高,散热效率低效果差,容量裕度较小,出力也较小,柜体前后开孔电磁防护能力降低,对电磁兼容性指标有一定影响,集灰问题也较严重,并未真正解决。由于没有风道,加辅助风扇的效力并不很高。

若采用“有风热管”的方式,如哈尔滨电机厂生产的“双风机热管整流柜”,单柜出力达2500A,略高于通常的风冷铜/铝散热器整流柜(1800-2200A左右),此种方式仍属于强迫风冷散热之列,由于采用热管散热器,使散热效率显著提高,但由于结构上热管散热器垂直安装,要求风机具有更高的可靠性,运行中不可停风,装置对风的依赖更强了,哈厂采用单柜双风机结构,使风系统的弊病突显,为通风流畅且其防护也较弱,灰尘也容易堵塞。所以采用此种方式的热管散热器比较不够灵活方便,还不如就用铜/铝散热器风冷,停风时铜散热器单柜可输出500A,铝散热器单柜可输出900A。

热管散热器的优势就在于自身热阻较低,能很快将热端的热量传递到冷端并散发,但要与柜外交换,还需要借助外力强迫循环才可达到,这就是一个总体的散热效率问题,采用热管散热器提高了局部导热能力,可整体的散热效率并非取决于热管本身,必须与系统环境相配合,也就是要有足够的交换量,才可达到较好的效果。热管散热器的另一个问题就是成本较高,为了保证足够的散热效果,热管散热器的成本有时远高于硅元件本身。

 “集中密闭循环风冷加二次水冷散热”的方式,系阜新电厂1#机励磁系统所采用,此种方式汇集了多种散热方式的优点,克服了各自的弱点。首先,其具有整体严密的结构,防护性较高,两个整流柜共用进/出风道,一套风系统,双离心风机互为备用,独立安装,噪音与振动较小,风在系统内密闭循环,不与外界交换,大大减轻了灰尘问题,在风的循环系统中加入一台水冷换热器,为热风降温冷却,由于冷却水这一冷媒的介入,大大提高了散热效率。比较进出水管的水温,基本感觉不到温差,说明热量累积较少,散热效率较高。由于具有模块化结构,方便了维修,并可提供灵活的运行方式。更为适宜的是水电厂有现成的清水可以提供,不需要制冷冰水,而散热效率却可提高数十倍。这种有风、有水又密封、高效率的冷却散热方式,具有一定应用价值,但要附加热交换器和解决水源的问题。

那么我们新近提出的“密闭循环二次换热风冷热管散热大功率集成整流系统”,针对上述各种风冷散热方式的性能特点,扬长避短,优化组合,特别是解决了密闭系统与外界的热量交换问题,无需引用二次水作媒介,直接将共用风道内设置两组热管换热器,在热风回流的过程中实现降温换热,将热量置换到封闭系统以外,较好的解决了前面所分析的各种散热问题,同时再辅以适当的技术措施,如主风机的变频调速、二次换热器外端辅助风扇的优化控制、以及整体的温度监控,可以确保大功率整流器随时处于最佳的工作状态,采用二次热管换热器由于没有电气连接和绝缘要求,结构上也比较容易实现,可以充分利用回风道和外部空间,高效置换系统热量,这样就为整流器配热管散热器的结构优化和性能提升创造了条件,仅供领导和有关方面审定。

讨论各种冷却散热方式的关键,就是要求整体散热效率要高,系统防护性能要好,运行可靠性要强,维修处理要方便,满足设备运行环境的要求,或环境可以提供足够的支持条件。自冷热管和风冷热管的最大区别就是换热率不同,
自冷换热系数:4~6W/M2•K
风冷换热系数:20 W/M2•K
风冷换热率是自冷的4倍,所以同样散热量风冷散热器体积为自冷的四分之一。
还有一个重要因素,就是要考虑负载的性质,对于一般中小容量固定负荷,可以少留些过载余量,散热设计自冷方式能满足就用自冷即可。
而用于大型发电机励磁系统的大功率整流器,其最大的特点就是有多个工作点,轻载、额定、强励,输出容量的跨度大、变化快,如我厂机组增容后为1500A、2000A、3600A,还要预备承受误强励等故障冲击电流,所以要求整流器及其散热系统要有足够的储备余量,从系统可靠性的角度,还要满足(N-1)的配置原则,所以怎样综合考虑各种因素,扬长避短、突破限制、创新技术,优化设计出一套高效、安全、没有瓶颈的冷却散热方案,正是我们面临的一个不大不小的课题。
 



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