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風電機組外部散熱器輔助系統技術應用案例風力發電機組在運行過程中，風力發電機組內部的變流器負責將發電機發出的頻率和幅值有變化的交流電轉化為頻率恆定、幅值恆定的交流電再通過升壓變壓器轉化成風電場需要的電壓，最後通過變電站送入電網。變流器完成能量轉換的同時其櫃內的功率模塊、電抗器、電容、母排、電纜等產生了大量熱量，全功率變流器的發熱量相對更大。

—、 背景

為了防止變流器過溫，變流器配備了水冷系統作為冷卻裝置。水冷系統在變流器內的功率模塊、電抗器、空間等位置布置冷卻液流經的管路，溫度較低的冷卻液流經變流器內部部件中的管路時帶走部件運行時產生的熱量變成溫度較高的冷卻液；水冷系統還在機組外部布置了外部散熱器（和輔助風扇）當從變流器流出的溫度較高的冷卻液流經外部散熱器後變成溫度較低的冷卻液；溫度較低的冷卻液再流入變流器內部，不斷循環往復的給變流器散熱。然而，部分風場反饋夏季午後特別是大風情況機組運行時存在水冷液溫度高、功率模塊過溫、變流器櫃櫃內過溫，告警甚至停機的情況。

鑑於變流器原熱管理系統在設計之初已考慮裕量，且即便出現過熱現象也一般只出現於夏季最炎熱的幾天甚至幾小時時間內。為了降低解決變流器散熱的一系列問題，哈電風能公司在該方面進行了深度研究並獲得了專利授權："一種風力發電機用變流器水冷交換器輔助裝置"（專利號：ZL201620417662. 3）。通過為水冷系統增加外部散熱器（噴淋清洗、降溫）輔助系統，在水冷液、變流器櫃或功率模塊溫度接近報警或故障值時，通過啟動該輔助系統，快速帶走換熱器表面熱量提升換熱效率，降低冷卻液溫度，冷卻液溫度的降低提升變流器內部發熱部件的散熱效率：降低功率模塊、變流器櫃內空間等溫度。

國內的風力發電機組整機廠商中尚未發現對外部散熱器採用噴淋降溫的輔助系統，但在國外和其他行業已經在使用並設置專利："具有安裝到塔基的熱交換結構的風輪機"（維斯塔斯PCT國際授權公告號 CN106471248B）。其它行業例如工程機械方面外部散熱器採用噴淋降溫的輔助系統並設置專利："一 種散熱器輔助噴淋系統"（徐工集團授權公告號CN206847448U）

二、應用案例

2.1項目概述

① .工作原理

隨着風力發電機組的使用年限，外部散熱器上面的污穢係數會越來越高，熱交換能力會逐年下 降，影響水冷液、變流器、齒輪箱（水冷或油冷）等內部設備的溫升。

加裝該噴淋散熱系統，能夠通過自動有效清洗外部散熱器在使用過程中覆着的粉塵、異物，通 過噴淋水霧快速的帶走散熱器的熱量，降低冷卻介質溫度。

② .風場實施應用

某風電場裝機容量為24台2MW風力機組，年發電量8000+萬度.該風場每年夏季的7月中旬~ 8 月中旬出現液冷系統冷卻介質溫度高的情況。2020年8月上旬進行外部散熱器噴淋輔助系統的安裝，成功降低了液冷系統冷卻介質及發熱目標的最高區段溫度，實現了 "高溫"穿越能力。

2. 2主要收益

加裝外部散熱器噴淋輔助系統能夠解決短時過溫問題，節約散熱器擴容更換而帶來的成本，縮減擴容成本高達2萬元/台；同時還能夠節約定期清理外部散熱器人力成本。

三、技術要點

外部散熱器輔助系統能夠設置兩種運行模式，

① 外部散熱器噴淋降溫模式:水泵將水箱中的水經過水管泵送至噴淋管，噴淋管將水噴淋至 外部散熱器的表面上，噴淋水附着在散熱器上通過流動和蒸發作用帶走散熱器表面的熱量提升散熱器的散熱效率。

⑥ 外部散熱器噴淋清洗模式：噴淋管將水噴淋至外部散熱器表面上，在散熱風扇的風力作用下，將外部散熱器的噴淋水及其攜帶的熱量灰塵吹離散熱器，起到清洗散熱器表面灰塵、異物保證散熱器本身的散熱能力。

四、應用前景

該項目的成功經驗，對於解決風力機組高溫天氣的短時過溫有積極意義。能夠解決夏季午後特別是大風情況機組運行時，機組的主要發熱部件出現過溫問題：很多採用全功率變流器的機組存在水冷液、功率模塊、變流器櫃運行溫度偏高，而過高的溫度會造成電氣器件運行不穩定、壽命縮短的不利影響；很多採用齒輪箱的雙饋機組存在齒輪油溫度偏高，甚至出現過溫停機的情況，齒輪油高溫而造成的齒輪油的粘度會降低(變稀)、使用壽命縮短、氧化、添加劑的消耗過快，進而影響齒輪箱的壽命。

因此，外部散熱器輔助系統具備通用性強、見效明顯、改造成本低等特點，能夠在直驅型或雙饋型的兆瓦級風力機組上廣泛應用。