西门子变频器冷却方式改造分享

出铁场除尘高压变频器冷却方式改造项目提出的背景：
设备现状：高炉出铁场除尘高压变频器室目前安装有两台额定容量为2250kVA(电机功率1800kW)高压变频器及高压进出线柜，室内发热源主要为变频器功率单元柜及其移相变压器。
设备运行时室内温度主要依靠4台5P空调及空水冷装置共同作用控温，而原空水冷装置使用的循环水为工艺循环水，夏季水温在30-36℃之间，装置自身不具备制冷功能，变频器室内温度常期高达36℃以上，大大影响电气元件的使用寿命。如空调损坏一台，将导致变频器功率单元温度快速上升，严重时引发变频器故障跳停，直接影响炉前出铁除尘效果及高炉出铁作业的安全。
改造方案选择：
一、方案比较
1、继续使用原空水冷却器，引入更低温度水源。该方案需要从能源清水站取水，配DN100管道约200米，跨越12米宽马路，工程量、施工难度及投资较大，且方案实施后，每小时将使用新水650m3，后期运行成本较高。
2、新建5m3高位冷却水塔，循环水散热降温后，再接入机组内循环。这种方案也不甚理想，一是在夏天水温高时，水塔降温效果有限。二是土建工程量较大，选址空间受限，投资也较大。
3、引进冷水机组对冷却水制冷再送入原空水冷却器。冷水机组使用压缩机做功，可以根据现场需求实时调节水温，能够很好的满足炉前除尘变频器室对温度的要求。新机组占地面积约3m2，现场有足够的场地可供选择，配套的膨胀水箱可以直接放在除尘器二层平台，不用新建承台。前期通过查阅资料及咨询相关厂家，确认了冷水机组能确保达到现场相关要求，又具备安装工期短，维护运行成本低的特点。
二、设备选型
根据经验公式计算所需的制冷能力如下：
P =（ P * 3.5% ）/ 2.5 = ( 1800 * 2 * 3.5% ) / 2.5 = 50P
该配电室选用制冷量50P机组可以满足现有设备的冷却需求,选择两机头机组（2台压缩机，每台制冷能力25P）。
新增机组和原空水冷却器的连接：首先在外循环水阀门后端管道增加进出水阀门，将新机组进出水管接入原空水冷机组管道，关闭外循环水阀门，制冷后的水流形成内循环。全开新系统进、出水阀门开度，由于蒸发等导致的水量损失由膨胀水箱自动补水。新增加的冷水机组检修或故障时可切换到原系统临时运行。
出现的问题及解决方法：
设备安装完成后，由于受疫情影响，厂家派不出技术人员调试，我们通过自身学习完成了调试，其中也碰到了些问题，但都一一解决。
1、循环水泵电机过流、过热。
试车时，由于未掌握泵前泵后进出水阀的开度配合及原阀门漏水可以导致内部压力过高的情况，出现水泵电机过流、过热现象。
解决方法：由于该系统属于密闭循环系统，系统自带2台功率为4kW的循环泵（一用一备），水泵的进出阀门开度配合不好，造成水泵存在憋压，致使循环泵电机过流（额定8A，实际达到9.3A)，电机过热（外壳温度接近70℃）。后来经过反复调整进出口阀门配合开度，将出水阀开度控制在约30％，进水阀开度控制在约100％，系统压力稳定在0.05MPa时，电机过流过热问题得到解决。
2、变频器室温度波动大，压缩机频繁启停。
投运初期，温度设定在25℃，但实际温度在22℃至28℃之前来回波动。压缩机工作5分钟，停止5分钟，频繁启停。电话咨询厂家也没得出结论。
解决方法：我们对整个系统进行了分析了，从控制原理角度可以做如下解释：系统默认温度控制点为回水温度，此回路包括了压缩机本身、管路、2台蒸发器，系统惯性大，滞后大，造成系统控制超调。对于我们的应用而言并不需要控制温度的精度，只要温度相对保持稳定，压缩机不频繁启停即可。因此我们将冷水机组控制回水温度改为控制出水温度，控制回路只包含压缩机本身，大大减小了系统的惯性，终可将室内温度稳定在26℃左右，室温波动小于1℃，温度历史趋势曲线接近于直线。这样很好的解决了室内温度波动大、压缩机频繁启停现象。

3、无法补水。

调试初期机组开启后，处于二层平台的膨胀水箱箱顶溢流口由于水位上升出现倒排水现象。

解决方法：经过停机检查，我们关闭膨胀水箱给机组的补水阀，整个系统压力还是很快可以达到0.4MPa，大于机组正常运行时的压力，分析得出原系统外循环进出水阀门有泄露可能，导致膨胀水箱无法靠自身正压补水，更换两个阀门后恢复正常。
4、控制优化。
a 在原上位机中增加冷水主机、循环泵故障、室内温度等显示和报警画面，方便岗位人员及时掌握机组运行状态及室温情况。
b 合理设置控制参数，当前机组工作参数设置为：冷水机设定制冷温度24℃（出水温度），机组运行检测温度在大于等于26℃时启动2台压缩机，温度小于等于22℃时自动停1台压缩机。压缩机的启停会考虑累计运行时间，也就是说会优先启动累计运行时间短的压缩机，优先停止累计运行时间长的压缩机，充分利用了设备控制功能，节约了电能及平衡2台压缩机运行时间，延长压缩机使用寿命。
效果：
1、变频器采用冷水机组方式散热，同时也利用了原有的空水冷却器，既节省了投资又使得冷水主机故障后能快速切换到原系统。
2、有效降低了变频室内温度偏高的问题，目前室内温度由36℃降低到26℃。降低了变频器功率单元及移相变压器运行温度（变压器温度由47℃降低到37℃），减少了变频器故障率。