风力发电控制柜密封后柜内散热问题
发布时间：2014-03-19     来源： 中国电力电子产业网
本文摘要：　　近年来可再生能源风力发电在我国迅猛发展，装机总容量突破4200万千瓦，已成为世界风能大国之一。其中沿海及海上风场占了很大比例。由于
 
　　近年来可再生能源风力发电在我国迅猛发展，装机总容量突破4200万千瓦，已成为世界风能大国之一。其中沿海及海上风场占了很大比例。由于受海洋潮湿、盐雾等恶劣气候环境影响，控制柜安装不久柜体内部就严重锈蚀的现象普遍发生。此现象引起了使用单位和生产单位的高度重视。
 
　　如何解决呢？
 
　　由于受野外条件的限制，不可能在风场现场为控制柜建造一个密闭的、良好空气质量的室内环境。多数设计者提出最现实的办法是加强柜子的密封性能，保证柜内不受外界恶劣空气环境的侵蚀。这样做不难，但随之新问题又出来了。柜子密封后，装置一旦工作，柜中各大部件发热所带来的热量又如何散发掉呢？可以用水冷解决掉部分部件的冷却问题，如大功率电力电子器件（像IGBT、晶闸管）、电抗器等。但还有部分部件是无法解决的，如大功率并网开关、导电铜排、大电阻等，它们工作时产生的热量使柜内空气温度迅速上升。当前解决办法就是使用空调行业常用的热交换器。
 
　　有三种方法：
 
　　1、 空气—水热交换器：
 
　　先在柜内设计一条空气流动的通道，在风机的推动下使空气在此通道内循环流动。在通道的适当位置（图一）加一个“空气—水热交换器”（图二，空调行业称风机盘管，它由风机和带水管翅片的表冷器组成），空气循环一周吸热后温度升高，通过空气—水热交换器后，空气中的热量被水管中的流水吸收带走到机柜外冷却塔降温。

 
　　图一 封闭机柜散热流程图


　　图二 表冷器（左） 装了冷机的表冷器（中） 表冷器中各种换热用翅片（右）
 
　　定量估算一下热量。
 
　　假设柜内部件发热量是3千瓦，那么每小时发出热量是
 
　　3千瓦×860千卡/千瓦小时=2580千卡/小时
 
　　设空气温度为70℃，在一个大气压下，空气在吸收上述热量后的温升是5℃，则带走这些热量需要空气的流量是：
 
　　V（立米/小时）= 发热量（千卡/小时）/{ 热容（千卡/立米·℃）×温升（℃）}
 
　　= 2580（千卡/小时） /{ 0.24（千卡/立米·℃）×5（℃）}
 
　　= 2150（立米/小时）
 
　　如果用水，则需要多大流量呢？设水在吸收上述热量后的温升是5℃，则带走这些热量需要水的流量是：
 
　　V（立米/小时）= 发热量（千卡/小时）/{ 热容（千卡/立米·℃）×温升（℃）}
 
　　= 2580（千卡/小时） /{ 1000（千卡/立米·℃）×5（℃）}
 
　　= 0.516（立米/小时）
 
　　上述计算说明每小时用0.516立米的水就可把2150立米空气中的3千瓦功耗发出的2580千卡热量带出机柜。上面计算未计入效率和余量，设计时要考虑此因素。
 
　　2、用专用空调机组冷却柜内温度：
 
　　某公司已开发出“电器箱空调”专用设备（图三），它有如一种壁挂式空调机，安装在风发控制柜面板上（图四），在内风机的推动下冷空气吹入机柜内降温。空气在一条空气流动的通道内循环流动。把转移出来的热量直接用冷凝器外风机吹到柜外空气中。最大制冷量为5000瓦。
 
　　图三 电气箱专用空调


　　图四 电气箱专用空调安装方式
 
　　由于冷却后的柜内空气温度要比柜外低，在计算制冷量时要加入因控制柜内外温差通过面板传导进入柜内的热量。此部分热量计算公式：
 
　　Q = k×A×△T （瓦）
 
　　式内：
 
　　K：传热系数，一般取5.5瓦/平米·℃
 
　　A：控制柜有效表面积（平方米，不计底面积）
 
　　△T ：环境温度与控制箱内空气温度的温差（℃）
 
　　3、 空气—空气热交换器：
 
　　上述公司还开发一种”空气—空气热交换器”（图五）。
 
　　报道该空气—空气热交换器使用“韩国强制对流热传导换热技术”，能把密封的机柜内的热量传到机柜外。柜内、外的空气各有自己的循环通道。柜内空气在风机的推动下在内通道内循环流动。柜外空气在外通道内流动时从热交换器吸收热量，然后用风机吹到周围的空气中把热散掉。该种设备最大的热交换量为1千瓦。根据此原理，也可用热管技术把柜内热量传到机柜面板外。但该公司称：“韩国强制对流热传导换热技术”的换热效率比常规热管式换热器提高20—30%。
 
　　第一种办法在风力发电控制柜上已有应用。但要强调的是必须要有明确的空气循环通道。不能随意布置风机。否则换热效率大打折扣。第二、三种办法已有正式产品销售，但外形尺寸偏大，有的交换功率偏小，选用时要认真阅读说明书。
 
　　本文只是提供思路，到设计时具体问题具体分析，如何办最佳，还要做很多工作。
 
　　作者简介：朱英文：（1939- ），高级工程师，现任北京京仪椿树整流器有限责任公司技术顾问，中国电力电子产业网特约顾问，主要研究电力半导体器件的设计、制造、应用中的热设计和仪器有关的主回路结构设计。曾参与专业词典、书籍的编写、翻译等工作。主要成果有：“无刷励磁发电机用旋转整流管设计和制造”，“晶闸管芯片球面磨角工艺”“大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算方法”等。

 
关键词：控制柜 风力 问题

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