新能源發(fā)電場SVG通風防塵、防潮除濕系統(tǒng)解決方案
01
SVG灰塵和潮濕問題概況
1.1灰塵積累嚴重性
早期的新能源發(fā)電場,如風力發(fā)電場、光伏發(fā)電場,都配置了風冷的SVG裝置,該裝置能夠快速連續(xù)地提供容性和感性無功功率,實現(xiàn)適當?shù)碾妷汉蜔o功功率控制,保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)地運行來。
SVG裝在室內(nèi)或集裝箱內(nèi)(以下簡稱SVG室)運行中持續(xù)發(fā)熱,因此空氣會持續(xù)在SVG柜內(nèi)外循環(huán),運行一段時間,會大量灰塵積累到SVG內(nèi)部裝置上,見圖1.1_1,清理后,運行一段時間會再次大量積累。
圖1.1_1SVG內(nèi)部灰塵嚴重積
1.2SVG內(nèi)潮氣
1.2.1潮氣成因
1)運行時設(shè)備潮濕凝露問題
SVG運行中持續(xù)發(fā)熱,因此空氣會持續(xù)在SVG柜內(nèi)外循環(huán),在空氣流通時因為當?shù)貧夂颦h(huán)境會有大量潮氣進入嚴重危害設(shè)備安全性;
2)停運時設(shè)備潮濕凝露問題
在停運后,潮濕凝露現(xiàn)象更加突出,主要原因:
2.1)溫差快速下降,形成凝露
停運時,SVG內(nèi)溫度快速下降,濕度隨著溫度下降而快速上升,達到一定程度,在SVG設(shè)備上就形成明顯凝露,對SVG設(shè)備造成極大危害,影響開機時間及運行時的設(shè)備安全。
1.2.2凝露危害
凝露與電路板或功率模塊上積累的灰塵混合在一起,形成潮泥,會造成:
1)電氣間隙和距離減少;
2)降低絕緣性能;
3)SVG模塊損壞,甚至炸毀;
4)控制電路故障。
1.3灰塵積累和潮氣混合的后果
1)灰塵積累,導致散熱效率降低,熱量持續(xù)積累,從而故障甚至燒毀;
2)潮泥破壞電氣性能,形成SVG功率單元故障,如放電、跳閘、甚至放炮;
2)控制單元故障:灰塵積累,電路板散熱不良,同時灰塵會產(chǎn)生靜電,造成控制單元故障;
3)維護困難:清理內(nèi)部灰塵,需要將內(nèi)部裝置拆卸下來清塵,工作量大、效率低,影響生產(chǎn)和設(shè)備安全,見圖1.3_1。
圖1.3_1SVG內(nèi)部灰塵嚴重積
02
SVG防塵和除潮方案
2.1方案重點解決的問題
解決風冷SVG發(fā)熱和潮氣造成的問題,對應方案需要解決的重點:
1)通風散熱有保障,同時須完好防塵
2)運行時和停運時的除潮方案,以解決潮氣的影響
2.1)SVG運行時,采用進風界面處除潮
智能風扇控制器會根據(jù)進風的濕度,自動控制位于進風界面的室外型加熱器,將進風通過升溫以降低濕度的方式進行除濕。
界面除潮依據(jù):雨、霧、雪等高潮濕天氣時,通常溫度≦24℃,這樣通過界面溫升3~5℃,使進風濕度降低到≦70%,既能除濕,也不影響SVG散熱需求;
2.2)SVG停機時,采用室內(nèi)對SVG的3個單元的專門露點控制除濕系統(tǒng)及界面除濕系統(tǒng)雙方案智能除濕
專門針對SVG的3個單元配置露點控制除濕系統(tǒng),解決SVG停機時的潮濕問題;智能風扇控制器會根據(jù)進風的濕度,自動控制位于進風界面室外型加熱器,將進風通過升溫以降低濕度的方式進行除濕。
3)智能自動化需求,如自動通風、自動除濕、自動清灰、智能濾材更換提示等
4)保證通風窗濾材清潔灰塵和潮氣不積累,確保通風散熱
5)改造和運行成本低
6)運維便利
2.2灰塵進入的原因
1)現(xiàn)所配的通風濾塵裝置防塵級別低
SVG集裝箱進風口防塵等級低,目前防塵等級≦IP5X,這是灰塵進入的主要原因。
IP5X防塵級別,不適用于強迫風冷的空氣散熱和防塵;
強迫空氣對流散熱的防塵,則需要SVG集裝箱的進風口防塵級別達到IP6X。
附IP5X和IP6X防塵標準定義:
依據(jù)標準:GB/T4208-2017/IEC:2013外殼防護等級(IP代碼)
防護等級IP5X:外殼內(nèi)壓力與周圍大氣壓力相同時,無灰塵進入,簡稱靜態(tài)防塵即柜體內(nèi)外無空氣循環(huán)時,防塵,但有內(nèi)外壓差而空氣內(nèi)外對流時,不能防塵
防護等級IP6X:設(shè)備正常工作周期殼內(nèi)的氣壓低于周圍大氣壓力,例如熱循環(huán)效應引起,在壓差≦2KPa時,應無灰塵進入,簡稱動態(tài)防塵或塵密,該測試標準針對柜體內(nèi)外存在強迫空氣循環(huán)時,也須是防塵的
根據(jù)標準,在電氣設(shè)備內(nèi)外風壓≦2Kpa的情況下,應采用IP6X防護等級通風濾塵裝置,而不應采用IP5X通風濾塵裝置。
2)灰塵飽和的濾材會喪失防塵功能
濾材上的灰塵飽和后,在變流器的離心風機大風壓作用下還會持續(xù)進風,此時在積累在濾材上的灰塵就會在風壓的拉力下,會不斷的進入到變流柜中,這就是濾材透塵的原因,灰塵在濾材積累以使濾材變黑變形(如圖2)。
圖2
3)柜門密封條不嚴
3.1)密封條寬度不夠使密封條與柜門有多處沒有咬合;
3.2)密封條厚度小與柜門咬合面積小,沒彈性導致密封不嚴。
2.3SVG通風防塵、除潮總體方案
2.3.1SVG在高沙塵低濕熱地區(qū)通風、防塵和除潮方案
配置智能通風防塵環(huán)控系統(tǒng),為SVG的進風界面提供防塵、除潮方案,該系統(tǒng)由智能風扇控制器、IP65過濾風扇、室外型加熱器、中控室顯示控制箱和現(xiàn)場控制箱組成,具體性能如下:
1)SVG進風窗提升至IP6X防塵且通風良好:配置IP65防塵級別的過濾風扇及風窗,適用于強迫通風且需要防塵的場合,將SVG進風窗的防塵等級提高到IP6X防塵級別,徹底杜絕灰塵進入SVG內(nèi);
2)SVG進風窗提升至IPX5防水:配置IP65防塵級別的過濾風扇及風窗,防水級別提升至IPX5。
3)長期內(nèi)保障通風充足、濾材不堵塞和智能更換提示,從根本解決散熱問題:
該系統(tǒng)有自清灰功能,能根據(jù)溫度和灰塵濃度,自動控制IP65過濾風扇清除被濾材擋住的灰塵,確保濾材不堵塞,以保障通風散量充足,散熱效果良好,智能更換濾材提示延長濾材使用的期限,降低維護更換間隔和成本,根本解決發(fā)熱問題;
4)自動控制:自動啟停過濾風扇,以通風散熱及自清灰;自動控制室外型加熱器,以進風界面除濕防潮;
5)滿足散熱要求的通風量:自動清灰功能使濾材不會積累灰塵,解決通風不暢、散熱不好的問題;
6)界面除濕降低進入SVG內(nèi)空氣濕度達到除潮目的:所配置的智能風扇控制器會根據(jù)進風的濕度,自動控制位于進風界面室外型加熱器,將進風通過升溫以降低濕度的方式進行除濕。
智能風扇控制器會在室內(nèi)溫度高時,停止界面處的室外型加熱器,避免室內(nèi)過溫。
界面除潮依據(jù):雨、霧、雪等高潮濕天氣時,通常溫度≦24℃,這樣通過界面溫升3~5℃,使進風濕度降低到≦70%,既能除濕,也不影響SVG散熱需求。
在SVG運行和停機時,如果雨、霧和雪天氣期間,室內(nèi)只防止冷凝除濕設(shè)備,是不能除濕的,因為有空氣出、入通道,大氣所攜帶的水蒸氣量很大很大,配置多少冷凝除濕設(shè)備,往往都很難達到預期效果。
2.3.2SVG在低沙塵高濕熱地區(qū)通風、除潮和防塵方案
配置智能通風防塵環(huán)控系統(tǒng),為SVG的進風界面提供防塵、除潮方案,該系統(tǒng)由智能風扇控制器、IP65過濾風扇、室外型加熱器、環(huán)境控制器、工業(yè)加熱器、中控室顯示控制箱和現(xiàn)場控制箱組成,具體性能如下:
1)SVG運行時,采用進風界面處除潮
所配置的智能風扇控制器會根據(jù)進風的濕度,自動控制位于進風界面室外型加熱器,將進風通過升溫以降低濕度的方式進行除濕。
智能風扇控制器會在室內(nèi)溫度高時,停止界面處的室外型加熱器,避免室內(nèi)過溫。
界面除潮依據(jù):雨、霧、雪等高潮濕天氣時,通常溫度≦24℃,這樣通過界面溫升3~5℃,使進風濕度降低到≦70%,既能除濕,也不影響SVG散熱需求。
在SVG運行和停機時,如果雨、霧和雪天氣期間,室內(nèi)只防止冷凝除濕設(shè)備,是不能除濕的,因為有空氣出、入通道,大氣所攜帶的水蒸氣量很大很大,配置多少冷凝除濕設(shè)備,往往都很難達到預期效果。
2)SVG停機時,采用露點控制和進風界面雙方案除潮
SVG運行時,在雨、霧、雪天氣狀況下,由于界面除濕已將濕度降到≦70%,再加上SVG自身運行的發(fā)熱,周圍溫升能達到≧10℃,根據(jù)凝露曲線,濕度通常會降低到60%以下,這樣SVG設(shè)備是不會產(chǎn)生潮濕凝露狀況的。
但是SVG停機時,其設(shè)備本身溫度下降,從而濕度上升而凝露,因此這時需要采用凝露點控制除濕系統(tǒng),該系統(tǒng)由一只控制器、三只感應執(zhí)行模塊和幾個接觸器組成。
該系統(tǒng)通過根據(jù)室內(nèi)凝露溫度,自動控制工業(yè)風扇加熱器除濕;根據(jù)濕度情況,自動開啟界面處過濾風扇往外排潮氣,使室內(nèi)的凝露點逐漸穩(wěn)定在不凝露狀態(tài)而防止在SVG設(shè)備凝露。
凝露點控制除濕系統(tǒng)能檢測溫度、濕度和煙霧濃度,在檢測到煙霧時,會自動停止工業(yè)風扇加熱器,保障安全。
露點控制除濕機理:依據(jù)實時凝露溫度,即露點溫度(溫、濕度二元關(guān)系得出),控制加熱器使設(shè)備溫環(huán)境達不到凝露溫度而有效除濕,彌補僅靠濕度控制除濕不符合凝露規(guī)律的除濕方案;
3)雙方案除濕防凝露更有效:兩種除濕方式,根據(jù)控制器自動啟動過濾風扇上加熱器以防潮氣進入;同時根據(jù)環(huán)境感應執(zhí)行模塊自動啟動加熱器解決設(shè)備在不運行和密封不嚴而進入的潮氣。
4)SVG進風窗提升至IP6X防塵且通風良好:配置IP65防塵級別的過濾風扇及風窗,適用于強迫通風且需要防塵的場合,將SVG進風窗的防塵等級提高到IP6X防塵級別,徹底杜絕灰塵進入SVG內(nèi);
5)SVG進風窗提升至IPX5防水:配置IP65防塵級別的過濾風扇及風窗,防水級別提升至IPX5。
6)長期內(nèi)保證通風充足、濾材不堵塞智能更換提示,從根本解決散熱問題:該系統(tǒng)有自清灰功能,能根據(jù)溫度和灰塵濃度,自動控制IP65過濾風扇清除被濾材擋住的灰塵,確保濾材不堵塞,以保障通風散量充足,散熱效果良好,智能更換濾材提示延長濾材使用的期限,降低維護更換間隔和成本,根本解決發(fā)熱問題;
7)自動控制:自動啟停過濾風扇,以通風散熱及自清灰;自動控制室外型加熱器,以進風界面除濕防潮;
8)滿足散熱要求的通風量:自動清灰功能使濾材不會積累灰塵,解決通風不暢、散熱不好的問題;
2.3.3所有地區(qū)SVG智能運維方案:
1)智能檢測及控制:SVG室內(nèi)多點環(huán)境溫度、濕度和灰塵濃度檢測;根據(jù)數(shù)據(jù)控制過濾風扇啟停、自清加熱器啟停等;
2)濾材更換管理功能:該系統(tǒng)自動根據(jù)室內(nèi)溫度和灰塵濃度,提示濾材更換的需求信息(可在柜門安裝更換指示燈),更加智能運維和更好保障SVG室運行環(huán)境良好;
3)中控室監(jiān)控:配置中控室監(jiān)控箱,實現(xiàn)中控室對SVG室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)視,也可以實現(xiàn)遠程手動操作,如雪天時,可遠程手動控制濾材外表面清雪等。
4)節(jié)約成本:
4.1)節(jié)約人工成:節(jié)約人工清理成本、時間,使現(xiàn)場工作人員省時、省力、省心;
4.2)節(jié)約運維成本:從根本解決SVG因環(huán)境問題的損壞,節(jié)約更換電子設(shè)備成本;提高SVG效率從而創(chuàng)造更高效益。
2.4通風量計算
通常SVG模塊的效率≧99%,即每1Mvar的發(fā)熱量(功耗)約10KW,根據(jù)溫升與所需風量換算公式:
Q:冷卻所需風量
P:設(shè)備內(nèi)部散熱量(即設(shè)備消耗的電功率)
ΔTc:允許內(nèi)部溫升(攝氏度)
在此方案中,每1Mvar的發(fā)熱功率按照最大10KW計算,允許內(nèi)部溫升取10C(按照SVG集裝箱外的環(huán)境溫度≦35C,SVG內(nèi)部電子和電力元件裝置允許的溫度≦45C,因此允許內(nèi)部溫升取10C),
每1Mvar所需風量Q為≧50m/Min,折合每小時風量≧3000m/h
10Mvar的SVG集裝箱所需風量:
m/h,考慮裕量,有效風量按照m/h計
20Mvar的SVG集裝箱所需風量:
m/h,考慮裕量,有效風量按照m/h計
2.5監(jiān)測和控制配置
2.5.1電氣配置
顯示控制箱1臺、現(xiàn)場控制箱1臺,智能風扇控制器3~4只,若干臺過濾風扇。
2.5.2控制邏輯
1)分三或四路控制,每一路配置1只智能風扇控制器,分別對應的一路過濾風扇組。
2)自動啟停過濾風扇:每一路根據(jù)所在位置的溫度,自動啟停過濾風扇,用來進風(出風利用SVG原風機)),用以通風散熱。
說明:過濾風扇在停止時,由于在SVG原配置抽風機的風壓下,也會有大量風量從過濾風扇的進入,通常能保障有效散熱,此時處于微功耗待機狀態(tài)。
3)自動清灰:每一路會在對應智能風扇控制器的控制下,自動控制相應的過濾風扇清除積累在濾材外表面的灰塵,;三或四路自清灰功能,依次輪流自動清灰,在自清灰的同時,也保障通風散熱良好。
4)濾材更換:每一路根據(jù)所在位置的溫度和灰塵濃度,自動提示是否需要更換所在回路的濾材。
5)遠程監(jiān)控:具有中控制顯示運行狀態(tài)功能,同時中控室可遠程設(shè)置參數(shù)和手動啟停過濾風扇和手動自清灰(手動自清灰,可用于手動清積累在濾材外面的雪)。
2.5.3主要部件
2.5.3.1顯示控制箱
圖2.5.3.1_1顯示控制箱
顯示控制箱的性能和功能:
1)配置主要部件,如:觸摸屏、控制處理電路板和無線通信模塊;
2)顯示SVG集裝箱內(nèi)各路的溫度、濕度和灰塵濃度等數(shù)據(jù)值;
3)顯示各路過濾風扇及智能風扇控制器的運行狀態(tài)及管理信息;
4)統(tǒng)一設(shè)置和調(diào)整各路過濾風扇及智能風扇控制器運行參數(shù);
5)中文顯示和設(shè)置界面;
6)中控室壁掛式安裝。
2.5.3.2智能風扇控制器
圖2.5.3.2_1智能風扇控制器
智能風扇控制器,其性能和功能:
1)SVG集裝箱(室)內(nèi)的溫度、濕度檢測和灰塵濃度檢測;
2)過濾風扇通風的啟、??刂?;過濾風扇濾材的自清灰控制;
3)過濾風扇的濾材更換提示;
4)配置通信接口RS485,便于遠傳信號。
5)外形尺寸WxDxH(mm):108x66x95mm,安裝在SVG室內(nèi)。
2.5.3.3現(xiàn)場控制箱
現(xiàn)場控制箱,參見圖2.5.3.3_1現(xiàn)場控制箱,其配置和功能:
圖2.5.3.3_1現(xiàn)場控制箱
1)配置斷路器、接觸器、無線通信模塊和其它元件,用以線路通斷控制和線路保護;
2)根據(jù)智能風扇的控制命令,直接控制各路過濾風扇的啟停、自清灰;
3)與顯示控制箱進行數(shù)據(jù)交互;
4)現(xiàn)場安裝,具體尺寸,依據(jù)施工要求而定。
2.5.3.4過濾風扇
采用型號NFS6626.330-F.230的過濾風扇,參見圖2.5.3.4_1,其參數(shù):
圖2.5.3.4_1IP65過濾風扇及風窗
1)防護等級IP65,通過國家CNAS試驗室防護等級型式試驗,如果試驗報告,可聯(lián)系耐斯普特;;
2)通風效率高,且濾塵級別≧F5(1um灰塵顆粒)
3)工作電壓230VAC,支持自清灰;
4)根據(jù)現(xiàn)場控制箱接觸器的通斷,進行運行或停止
國家認可試驗室IP65防塵防水實測
03
安裝
3.1過濾風扇安裝
1)金屬支架功能與安裝:
根據(jù)每個SVG室或集裝箱的進風窗情況,設(shè)計支架,用于安裝IP65過濾風扇和高防護等級加熱器。
金屬支架安裝在SVG室的進風窗上,固定后,采用發(fā)泡膠、密封膠等材料將周邊縫隙封嚴實,達到IP65級別。
現(xiàn)場一共16個進風窗,每個進風窗配置10個過濾風窗,其過濾風窗布局示意圖參見圖3.1_2。
支架根據(jù)現(xiàn)場狀況,設(shè)計成易維護型,如果現(xiàn)場進風窗可拆卸,則設(shè)計成固定支架,參見圖4.3.1,如果現(xiàn)場進風窗不可拆卸,則設(shè)計成可打開式的門結(jié)構(gòu),參見圖3.1_1。
圖3.1_1開門式支架
2)IP65過濾風扇安裝:
IP65過濾風扇安裝于根據(jù)于SVG室設(shè)計的支架上,并合理布線。
3.2智能風扇控制器安裝
智能風扇控制器安裝在SVG集裝箱內(nèi),采用35mm導軌安裝,安裝箱合適位置,參見3.2_1。
圖3.2_1智能風扇控制箱安裝
3.3現(xiàn)場控制箱安裝
現(xiàn)場控制箱放置于SVG低壓室內(nèi),用于執(zhí)行智能風扇控制器的控制執(zhí)行部件和與遠程通信的部件,主電源取自SVG低壓室(如負荷滿足)或取自場站低壓配電室輸出回路(在SVG室低壓負荷不夠的情況下),安裝參加圖2.5.3.3_1。
3.4顯示控制箱
顯示控制屏及通信器件,安裝在顯示控制箱中,該控制箱通常壁掛在場站監(jiān)控室等位置,參見圖2.5.3.1_1。
04
應用案例
采用智能通風防塵環(huán)控產(chǎn)品,改造某些風電場,以某風電場為例介紹。
4.1現(xiàn)場情況
現(xiàn)場SVG容量12.5Mvar,集裝箱安置,遇到的問題:
1)灰塵積累嚴重,灰塵清理極為不便
2)雨雪天氣,故障頻發(fā),閃絡(luò)、跳閘和模塊放炮,嚴重影響SVG的正常運行。
4.2配置方案
方案組成:
1)IP65過濾風扇45臺;
2)風窗支架11臺套;
3)高防等級加熱器,45只(選配,如無潮濕問題,則不配置);
4)智能風扇控制器3只,多點監(jiān)測環(huán)境、多路控制和自動清灰;
5)現(xiàn)場控制箱;
6)中控顯示控制箱。
4.3改造后的狀況
4.3.1改造后的安裝效果
改造后的安裝,見圖4.3.1、圖4.3.2和圖2.5.3.1_1。
圖4.3.1SVG進風窗外側(cè)
圖4.3.2SVG進風窗內(nèi)側(cè)
4.3.1改造后的運行效果
改造后,運行以來,無明顯灰塵進入,SVG沒有因為潮氣及雨雪天氣等惡劣天氣發(fā)生故障。
同時濾材上無明顯灰塵積累和堵塞,也無需人工維護清理濾材上和SVG內(nèi)的灰塵。
05
經(jīng)濟性分析
本SVG智能通風防塵、防潮系統(tǒng)方案,造價成本、人工成本低(運行后約3年無須更換濾材)、運行成本低(耗電量低)和自動化程度高,同時有很好經(jīng)濟實用性。
5.1智能通風防塵環(huán)控方案與空調(diào)方案運行經(jīng)濟性對比
圖5.1通風防塵防潮方案與空調(diào)方案的年度費用分析
本SVG智能通風防塵、防潮系統(tǒng)運行后,運行成本(約)與空調(diào)方案的對比,見圖5.1通風防塵防潮方案與空調(diào)方案的年度費用分析。
從圖5.1中,看出10兆乏的SVG年度費用通常小于1.45萬,空調(diào)方案的年度費用卻20萬元以上,60兆乏的SVG,空調(diào)方案的年度費用高達132萬元,而智能通風防塵、防潮方案卻約5萬元。
5.2改造費用與場站因環(huán)境問題增加的額外費用對比(以10兆乏為例)
SVG因微環(huán)境而經(jīng)常發(fā)生意外的故障,因此每年維護的額外費用約20~30萬元,甚至更多,主要分為3部分:
1)損壞的SVG模塊或裝置更換的費用
2)故障停運時,電網(wǎng)考核產(chǎn)生的費用
3)人工清灰的費用
而耐斯普特智能通風防塵除濕環(huán)控系統(tǒng)初次安裝費用低、每年維護費用更低,會給用戶每年節(jié)省20萬左右的維護費用。
06
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