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风电机组外部散热器辅助系统技术应用案例风力发电机组在运行过程中，风力发电机组内部的变流器负责将发电机发出的频率和幅值有变化的交流电转化为频率恒定、幅值恒定的交流电再通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网。变流器完成能量转换的同时其柜内的功率模块、电抗器、电容、母排、电缆等产生了大量热量，全功率变流器的发热量相对更大。

—、 背景

为了防止变流器过温，变流器配备了水冷系统作为冷却装置。水冷系统在变流器内的功率模块、电抗器、空间等位置布置冷却液流经的管路，温度较低的冷却液流经变流器内部部件中的管路时带走部件运行时产生的热量变成温度较高的冷却液；水冷系统还在机组外部布置了外部散热器（和辅助风扇）当从变流器流出的温度较高的冷却液流经外部散热器后变成温度较低的冷却液；温度较低的冷却液再流入变流器内部，不断循环往复的给变流器散热。然而，部分风场反馈夏季午后特别是大风情况机组运行时存在水冷液温度高、功率模块过温、变流器柜柜内过温，告警甚至停机的情况。

鉴于变流器原热管理系统在设计之初已考虑裕量，且即便出现过热现象也一般只出现于夏季最炎热的几天甚至几小时时间内。为了降低解决变流器散热的一系列问题，哈电风能公司在该方面进行了深度研究并获得了专利授权："一种风力发电机用变流器水冷交换器辅助装置"（专利号：ZL201620417662. 3）。通过为水冷系统增加外部散热器（喷淋清洗、降温）辅助系统，在水冷液、变流器柜或功率模块温度接近报警或故障值时，通过启动该辅助系统，快速带走换热器表面热量提升换热效率，降低冷却液温度，冷却液温度的降低提升变流器内部发热部件的散热效率：降低功率模块、变流器柜内空间等温度。

国内的风力发电机组整机厂商中尚未发现对外部散热器采用喷淋降温的辅助系统，但在国外和其他行业已经在使用并设置专利："具有安装到塔基的热交换结构的风轮机"（维斯塔斯PCT国际授权公告号 CN106471248B）。其它行业例如工程机械方面外部散热器采用喷淋降温的辅助系统并设置专利："一 种散热器辅助喷淋系统"（徐工集团授权公告号CN206847448U）

二、应用案例

2.1项目概述

① .工作原理

随着风力发电机组的使用年限，外部散热器上面的污秽系数会越来越高，热交换能力会逐年下 降，影响水冷液、变流器、齿轮箱（水冷或油冷）等内部设备的温升。

加装该喷淋散热系统，能够通过自动有效清洗外部散热器在使用过程中覆着的粉尘、异物，通 过喷淋水雾快速的带走散热器的热量，降低冷却介质温度。

② .风场实施应用

某风电场装机容量为24台2MW风力机组，年发电量8000+万度.该风场每年夏季的7月中旬~ 8 月中旬出现液冷系统冷却介质温度高的情况。2020年8月上旬进行外部散热器喷淋辅助系统的安装，成功降低了液冷系统冷却介质及发热目标的最高区段温度，实现了 "高温"穿越能力。

2. 2主要收益

加装外部散热器喷淋辅助系统能够解决短时过温问题，节约散热器扩容更换而带来的成本，缩减扩容成本高达2万元/台；同时还能够节约定期清理外部散热器人力成本。

三、技术要点

外部散热器辅助系统能够设置两种运行模式，

① 外部散热器喷淋降温模式:水泵将水箱中的水经过水管泵送至喷淋管，喷淋管将水喷淋至 外部散热器的表面上，喷淋水附着在散热器上通过流动和蒸发作用带走散热器表面的热量提升散热器的散热效率。

⑥ 外部散热器喷淋清洗模式：喷淋管将水喷淋至外部散热器表面上，在散热风扇的风力作用下，将外部散热器的喷淋水及其携带的热量灰尘吹离散热器，起到清洗散热器表面灰尘、异物保证散热器本身的散热能力。

四、应用前景

该项目的成功经验，对于解决风力机组高温天气的短时过温有积极意义。能够解决夏季午后特别是大风情况机组运行时，机组的主要发热部件出现过温问题：很多采用全功率变流器的机组存在水冷液、功率模块、变流器柜运行温度偏高，而过高的温度会造成电气器件运行不稳定、寿命缩短的不利影响；很多采用齿轮箱的双馈机组存在齿轮油温度偏高，甚至出现过温停机的情况，齿轮油高温而造成的齿轮油的粘度会降低(变稀)、使用寿命缩短、氧化、添加剂的消耗过快，进而影响齿轮箱的寿命。

因此，外部散热器辅助系统具备通用性强、见效明显、改造成本低等特点，能够在直驱型或双馈型的兆瓦级风力机组上广泛应用。