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风力发电机 |
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集中冷却系统在风电机组中的应用 |
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作者：国电联合动力技术（连云港）有限公司 李巍伟 |
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摘要：介绍了集中冷却系统的组成、工作原理以及在风电机组中的运用；总结了常见故障处理的方法等。
关键词：风电机组；集中冷却系统；冷却；故障
1. 前言
风能作为一种可再生能源，越来越受到世界各国的重视。自2006年，兆瓦级风力发电机组逐渐成为国内主流的发电机组，随着风力发电机组单机容量的逐步增大，风力发电机组的发电机、齿轮箱、变频器的散热量也大大增加，在这样的情况下风力发电机组必须具备集中冷却功能，便于风机的正常运行以及日常维护。风力发电机组采用集中冷却系统具有如下优点：
1) 系统安装方便，结构紧凑，易检查维修；
2) 可以保证发电机、齿轮箱、变频器冷却及时，大大提高设备的的使用寿命；
3) 通过监控系统可以很快的检查各冷却系统的工作状态；
4) 减轻工作量，操作安全。
2. 风机发热件冷却原理
发电机冷却水自发电机壳体水套，经水泵强制循环，通过过滤器、热交换器和蓄水箱后，返回发电机壳体水套。
齿轮箱的油液自箱体底部油池，经油泵强制循环，通过过滤器、热交换器冷却后，返回齿轮箱。在齿轮箱油冷却系统中设有压力继电器，如果齿轮箱齿轮或轴承损坏，则产生的金属铁屑会在油循环中堵塞过滤器，当压力超过设定值时，压力继电器动作，油便从旁路直接返回油箱，同时，电控系统报警，提醒运行人员停机检查。
从变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证变频器控制室内的环境温度不高于40℃。
3. 集中冷却系统的组成
整个风力发电机组采用的集中冷却系统主要由立式多级离心泵组、风冷水换热器、泵入口阀块组件、泵出口阀块组件、膨胀罐集成块组件、接管组件等组成。
1）多级离心泵组：当系统回路内充满冷却液后,启动立式多级离心泵,则回路内的冷却液便进入闭式循环工作状态.
2）泵入口阀块组件：包括泵入口阀块、测试接头、温度传感器、组合密封垫法兰密封垫。
3） 泵出口阀块组件：包括法兰密封垫、泵出口阀块。
4）膨胀罐集成块组件：在系统内水压轻微变化时，膨胀罐气囊的自动膨胀收缩会对水压的变化有一定的缓冲作用，能保证系统的水压稳定，水泵不会因压力的改变而频繁的开启。包括自动排气阀，膨胀罐、压力开关、安全阀等
5） 接管组件：传输冷却水。包括管接头、水管、分配接头等附件。
4.集中冷却热平衡计算
根据换热量的计算公式H2=CQρ(t2-t1)
查询循环液体的曲线图得出49.5%去离子水+50%乙二醇+0.5%的防腐剂配比下的密度和比热容，当换热功率为97KW、风侧的进口温度为35℃时，如果水侧的进口温度为55.5℃，水侧的出口温度约为48℃，保证系统的散热平衡。
按照额定工况下，换热器迎风面的垂直吹入风速11m/s考虑，
不同流量下的换热功率曲线（图1）
图1 不同流量下的换热功率曲线
不同流量下的换热性能曲线（图2）：
图2 不同流量下的换热性能曲线
5.机组集中冷却系统原理：
当系统回路内充满冷却液后,启动立式多级离心泵,则回路内的冷却液便进入闭式循环工作状态.本系统正是利用这种冷却液的循环,不停地将发热设备工作时产生的热量带出而维持系统的正常工作温度，详具体工作过程如下:
1、立式多级离心泵进水侧的温度传感器向主系统输出Pt100的信号供主控系统参照。
2、冷却液进入发电机前的压力≤1bar时，压力开关的触点动作,向主控制系统发出报警信号；
3、系统压力异常升高至≥3bar时，安全阀开启溢流,使压力恢复正常,保护系统安全；
4、冷却液因温度变化产生容积变化时：膨胀罐中存储的冷却液便进入系统进行补偿。
图3 集中冷却系统原理图
6.系统维护及故障排除
6.1系统维护
1)开机运行前检查电机接线是否正确，确保水泵电机和风冷水换热器电机转向与所标示的电机转向箭头一致，严禁反转。
2)软管、电子元件及各接头连接部分，检查相应的连接点，有无泄漏情况，如有，请及时更换密封。
3)定期检查各部件的工作情况，如发现异常，请及时处理，注意观察介质的压力及温度变化情况。
4)随主机定期检查制度，比如发电机定期换油时，或主机定期巡检时，请目视检查本装置各接头处及密封结合面是否有渗水现象。如有渗水现象，有可能接头螺纹(或相应安装螺钉)发生松动或密封圈失效，须进行必要的复紧或更换。
6.2 常见故障及排除
7.结束语
本论文介绍了风电机组用集中冷却系统的工作原理和组成结构，以及常见的故障原因等内容。，尤其在发电机、齿轮箱和变频器上的使用，集中冷却解决了冷却系统占用空间大，注水麻烦，维护困难等问题，具有非常实用的价值。(end)
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(5/23/2012) |
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