新能源发电场SVG通风防尘、防潮除湿系统解决方案

新能源发电场SVG通风防尘、防潮除湿系统解决方案

　　

　　01

　　

　　SVG灰尘和潮湿问题概况

　　

　　1.1灰尘积累严重性

　　

　　早期的新能源发电场，如风力发电场、光伏发电场，都配置了风冷的SVG装置，该装置能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行来。

　　

　　SVG装在室内或集装箱内（以下简称SVG室）运行中持续发热，因此空气会持续在SVG柜内外循环，运行一段时间，会大量灰尘积累到SVG内部装置上，见图1.1_1，清理后，运行一段时间会再次大量积累。

　　

　　图1.1_1SVG内部灰尘严重积

　　

　　1.2SVG内潮气

　　

　　1.2.1潮气成因

　　

　　1）运行时设备潮湿凝露问题

　　

　　SVG运行中持续发热，因此空气会持续在SVG柜内外循环，在空气流通时因为当地气候环境会有大量潮气进入严重危害设备安全性；

　　

　　2）停运时设备潮湿凝露问题

　　

　　在停运后，潮湿凝露现象更加突出，主要原因：

　　

　　2.1）温差快速下降，形成凝露

　　

　　停运时，SVG内温度快速下降，湿度随着温度下降而快速上升，达到一定程度，在SVG设备上就形成明显凝露，对SVG设备造成极大危害，影响开机时间及运行时的设备安全。

　　

　　1.2.2凝露危害

　　

　　凝露与电路板或功率模块上积累的灰尘混合在一起，形成潮泥，会造成：

　　

　　1）电气间隙和距离减少；

　　

　　2）降低绝缘性能；

　　

　　3）SVG模块损坏，甚至炸毁；

　　

　　4）控制电路故障。

　　

　　1.3灰尘积累和潮气混合的后果

　　

　　1）灰尘积累，导致散热效率降低，热量持续积累，从而故障甚至烧毁；

　　

　　2）潮泥破坏电气性能，形成SVG功率单元故障，如放电、跳闸、甚至放炮；

　　

　　2）控制单元故障：灰尘积累，电路板散热不良，同时灰尘会产生静电，造成控制单元故障；

　　

　　3）维护困难：清理内部灰尘，需要将内部装置拆卸下来清尘，工作量大、效率低，影响生产和设备安全，见图1.3_1。

　　

　　图1.3_1SVG内部灰尘严重积

　　

　　02

　　

　　SVG防尘和除潮方案

　　

　　2.1方案重点解决的问题

　　

　　解决风冷SVG发热和潮气造成的问题，对应方案需要解决的重点：

　　

　　1）通风散热有保障，同时须完好防尘

　　

　　2）运行时和停运时的除潮方案，以解决潮气的影响

　　

　　2.1）SVG运行时，采用进风界面处除潮

　　

　　智能风扇控制器会根据进风的湿度，自动控制位于进风界面的室外型加热器，将进风通过升温以降低湿度的方式进行除湿。

　　

　　界面除潮依据：雨、雾、雪等高潮湿天气时，通常温度≦24℃，这样通过界面温升3~5℃，使进风湿度降低到≦70%，既能除湿，也不影响SVG散热需求；

　　

　　2.2）SVG停机时，采用室内对SVG的3个单元的专门露点控制除湿系统及界面除湿系统双方案智能除湿

　　

　　专门针对SVG的3个单元配置露点控制除湿系统，解决SVG停机时的潮湿问题；智能风扇控制器会根据进风的湿度，自动控制位于进风界面室外型加热器，将进风通过升温以降低湿度的方式进行除湿。

　　

　　3）智能自动化需求，如自动通风、自动除湿、自动清灰、智能滤材更换提示等

　　

　　4）保证通风窗滤材清洁灰尘和潮气不积累，确保通风散热

　　

　　5）改造和运行成本低

　　

　　6）运维便利

　　

　　2.2灰尘进入的原因

　　

　　1）现所配的通风滤尘装置防尘级别低

　　

　　SVG集装箱进风口防尘等级低，目前防尘等级≦IP5X，这是灰尘进入的主要原因。

　　

　　IP5X防尘级别，不适用于强迫风冷的空气散热和防尘；

　　

　　强迫空气对流散热的防尘，则需要SVG集装箱的进风口防尘级别达到IP6X。

　　

　　附IP5X和IP6X防尘标准定义:

　　

　　依据标准：GB/T4208-2017/IEC:2013外壳防护等级（IP代码）

　　

　　防护等级IP5X：外壳内压力与周围大气压力相同时，无灰尘进入，简称静态防尘即柜体内外无空气循环时，防尘，但有内外压差而空气内外对流时，不能防尘

　　

　　防护等级IP6X：设备正常工作周期壳内的气压低于周围大气压力,例如热循环效应引起，在压差≦2KPa时，应无灰尘进入，简称动态防尘或尘密，该测试标准针对柜体内外存在强迫空气循环时，也须是防尘的

　　

　　根据标准，在电气设备内外风压≦2Kpa的情况下，应采用IP6X防护等级通风滤尘装置，而不应采用IP5X通风滤尘装置。

　　

　　2）灰尘饱和的滤材会丧失防尘功能

　　

　　滤材上的灰尘饱和后，在变流器的离心风机大风压作用下还会持续进风，此时在积累在滤材上的灰尘就会在风压的拉力下，会不断的进入到变流柜中，这就是滤材透尘的原因，灰尘在滤材积累以使滤材变黑变形（如图2）。

　　

　　图2

　　

　　3）柜门密封条不严

　　

　　3.1）密封条宽度不够使密封条与柜门有多处没有咬合；

　　

　　3.2）密封条厚度小与柜门咬合面积小，没弹性导致密封不严。

　　

　　2.3SVG通风防尘、除潮总体方案

　　

　　2.3.1SVG在高沙尘低湿热地区通风、防尘和除潮方案

　　

　　配置智能通风防尘系统，为SVG的进风界面提供防尘、除潮方案，该系统由智能风扇控制器、IP65过滤风扇、室外型加热器、中控室显示控制箱和现场控制箱组成，具体性能如下：

　　

　　1）SVG进风窗提升至IP6X防尘且通风良好：配置IP65防尘级别的过滤风扇及风窗，适用于强迫通风且需要防尘的场合，将SVG进风窗的防尘等级提高到IP6X防尘级别，彻底杜绝灰尘进入SVG内；

　　

　　2）SVG进风窗提升至IPX5防水：配置IP65防尘级别的过滤风扇及风窗，防水级别提升至IPX5。

　　

　　3）长期内保障通风充足、滤材不堵塞和智能更换提示，从根本解决散热问题：

　　

　　该系统有自清灰功能，能根据温度和灰尘浓度，自动控制IP65过滤风扇清除被滤材挡住的灰尘，确保滤材不堵塞，以保障通风散量充足，散热效果良好，智能更换滤材提示延长滤材使用的期限，降低维护更换间隔和成本，根本解决发热问题；

　　

　　4）自动控制：自动启停过滤风扇，以通风散热及自清灰；自动控制室外型加热器，以进风界面除湿防潮；

　　

　　5）满足散热要求的通风量：自动清灰功能使滤材不会积累灰尘，解决通风不畅、散热不好的问题；

　　

　　6）界面除湿降低进入SVG内空气湿度达到除潮目的：所配置的智能风扇控制器会根据进风的湿度，自动控制位于进风界面室外型加热器，将进风通过升温以降低湿度的方式进行除湿。

　　

　　智能风扇控制器会在室内温度高时，停止界面处的室外型加热器，避免室内过温。

　　

　　界面除潮依据：雨、雾、雪等高潮湿天气时，通常温度≦24℃，这样通过界面温升3~5℃，使进风湿度降低到≦70%，既能除湿，也不影响SVG散热需求。

　　

　　在SVG运行和停机时，如果雨、雾和雪天气期间，室内只防止冷凝除湿设备，是不能除湿的，因为有空气出、入通道，大气所携带的水蒸气量很大很大，配置多少冷凝除湿设备，往往都很难达到预期效果。

　　

　　2.3.2SVG在低沙尘高湿热地区通风、除潮和防尘方案

　　

　　配置智能通风防尘系统，为SVG的进风界面提供防尘、除潮方案，该系统由智能风扇控制器、IP65过滤风扇、室外型加热器、环境控制器、工业加热器、中控室显示控制箱和现场控制箱组成，具体性能如下：

　　

　　1）SVG运行时，采用进风界面处除潮

　　

　　所配置的智能风扇控制器会根据进风的湿度，自动控制位于进风界面室外型加热器，将进风通过升温以降低湿度的方式进行除湿。

　　

　　智能风扇控制器会在室内温度高时，停止界面处的室外型加热器，避免室内过温。

　　

　　界面除潮依据：雨、雾、雪等高潮湿天气时，通常温度≦24℃，这样通过界面温升3~5℃，使进风湿度降低到≦70%，既能除湿，也不影响SVG散热需求。

　　

　　在SVG运行和停机时，如果雨、雾和雪天气期间，室内只防止冷凝除湿设备，是不能除湿的，因为有空气出、入通道，大气所携带的水蒸气量很大很大，配置多少冷凝除湿设备，往往都很难达到预期效果。

　　

　　2）SVG停机时，采用露点控制和进风界面双方案除潮

　　

　　SVG运行时，在雨、雾、雪天气状况下，由于界面除湿已将湿度降到≦70%，再加上SVG自身运行的发热，周围温升能达到≧10℃，根据凝露曲线，湿度通常会降低到60%以下，这样SVG设备是不会产生潮湿凝露状况的。

　　

　　但是SVG停机时，其设备本身温度下降，从而湿度上升而凝露，因此这时需要采用凝露点控制除湿系统，该系统由一只控制器、三只感应执行模块和几个接触器组成。

　　

　　该系统通过根据室内凝露温度，自动控制工业风扇加热器除湿；根据湿度情况，自动开启界面处过滤风扇往外排潮气，使室内的凝露点逐渐稳定在不凝露状态而防止在SVG设备凝露。

　　

　　凝露点控制除湿系统能检测温度、湿度和烟雾浓度，在检测到烟雾时，会自动停止工业风扇加热器，保障安全。

　　

　　露点控制除湿机理：依据实时凝露温度，即露点温度(温、湿度二元关系得出)，控制加热器使设备温环境达不到凝露温度而有效除湿，弥补仅靠湿度控制除湿不符合凝露规律的除湿方案；

　　

　　3）双方案除湿防凝露更有效：两种除湿方式，根据控制器自动启动过滤风扇上加热器以防潮气进入；同时根据环境感应执行模块自动启动加热器解决设备在不运行和密封不严而进入的潮气。

　　

　　4）SVG进风窗提升至IP6X防尘且通风良好：配置IP65防尘级别的过滤风扇及风窗，适用于强迫通风且需要防尘的场合，将SVG进风窗的防尘等级提高到IP6X防尘级别，彻底杜绝灰尘进入SVG内；

　　

　　5）SVG进风窗提升至IPX5防水：配置IP65防尘级别的过滤风扇及风窗，防水级别提升至IPX5。

　　

　　6）长期内保证通风充足、滤材不堵塞智能更换提示，从根本解决散热问题：该系统有自清灰功能，能根据温度和灰尘浓度，自动控制IP65过滤风扇清除被滤材挡住的灰尘，确保滤材不堵塞，以保障通风散量充足，散热效果良好，智能更换滤材提示延长滤材使用的期限，降低维护更换间隔和成本，根本解决发热问题；

　　

　　7）自动控制：自动启停过滤风扇，以通风散热及自清灰；自动控制室外型加热器，以进风界面除湿防潮；

　　

　　8）满足散热要求的通风量：自动清灰功能使滤材不会积累灰尘，解决通风不畅、散热不好的问题；

　　

　　2.3.3所有地区SVG智能运维方案：

　　

　　1）智能检测及控制：SVG室内多点环境温度、湿度和灰尘浓度检测；根据数据控制过滤风扇启停、自清加热器启停等；

　　

　　2）滤材更换管理功能：该系统自动根据室内温度和灰尘浓度，提示滤材更换的需求信息（可在柜门安装更换指示灯），更加智能运维和更好保障SVG室运行环境良好；

　　

　　3）中控室监控：配置中控室监控箱，实现中控室对SVG室内的环境数据监视，也可以实现远程手动操作，如雪天时，可远程手动控制滤材外表面清雪等。

　　

　　4）节约成本：

　　

　　4.1）节约人工成：节约人工清理成本、时间，使现场工作人员省时、省力、省心；

　　

　　4.2）节约运维成本：从根本解决SVG因环境问题的损坏，节约更换电子设备成本；提高SVG效率从而创造更高效益。

　　

　　2.4通风量计算

　　

　　通常SVG模块的效率≧99%，即每1Mvar的发热量（功耗）约10KW，根据温升与所需风量换算公式：

　　

　　Q：冷却所需风量

　　

　　P：设备内部散热量（即设备消耗的电功率）

　　

　　ΔTc：允许内部温升（摄氏度）

　　

　　在此方案中，每1Mvar的发热功率按照最大10KW计算，允许内部温升取10C（按照SVG集装箱外的环境温度≦35C，SVG内部电子和电力元件装置允许的温度≦45C，因此允许内部温升取10C），

　　

　　每1Mvar所需风量Q为≧50m/Min，折合每小时风量≧3000m/h

　　

　　10Mvar的SVG集装箱所需风量：

　　

　　m/h，考虑裕量，有效风量按照m/h计

　　

　　20Mvar的SVG集装箱所需风量：

　　

　　m/h，考虑裕量，有效风量按照m/h计

　　

　　2.5监测和控制配置

　　

　　2.5.1电气配置

　　

　　显示控制箱1台、现场控制箱1台，智能风扇控制器3~4只，若干台过滤风扇。

　　

　　2.5.2控制逻辑

　　

　　1）分三或四路控制，每一路配置1只智能风扇控制器，分别对应的一路过滤风扇组。

　　

　　2）自动启停过滤风扇：每一路根据所在位置的温度，自动启停过滤风扇，用来进风（出风利用SVG原风机）），用以通风散热。

　　

　　说明：过滤风扇在停止时，由于在SVG原配置抽风机的风压下，也会有大量风量从过滤风扇的进入，通常能保障有效散热，此时处于微功耗待机状态。

　　

　　3）自动清灰：每一路会在对应智能风扇控制器的控制下，自动控制相应的过滤风扇清除积累在滤材外表面的灰尘，；三或四路自清灰功能，依次轮流自动清灰，在自清灰的同时，也保障通风散热良好。

　　

　　4）滤材更换：每一路根据所在位置的温度和灰尘浓度，自动提示是否需要更换所在回路的滤材。

　　

　　5）远程监控：具有中控制显示运行状态功能，同时中控室可远程设置参数和手动启停过滤风扇和手动自清灰（手动自清灰，可用于手动清积累在滤材外面的雪）。

　　

　　2.5.3主要部件

　　

　　2.5.3.1显示控制箱

　　

　　图2.5.3.1_1显示控制箱

　　

　　显示控制箱的性能和功能：

　　

　　1）配置主要部件，如：触摸屏、控制处理电路板和无线通信模块；

　　

　　2）显示SVG集装箱内各路的温度、湿度和灰尘浓度等数据值；

　　

　　3）显示各路过滤风扇及智能风扇控制器的运行状态及管理信息；

　　

　　4）统一设置和调整各路过滤风扇及智能风扇控制器运行参数；

　　

　　5）中文显示和设置界面；

　　

　　6）中控室壁挂式安装。

　　

　　2.5.3.2智能风扇控制器

　　

　　图2.5.3.2_1智能风扇控制器

　　

　　智能风扇控制器，其性能和功能：

　　

　　1）SVG集装箱（室）内的温度、湿度检测和灰尘浓度检测；

　　

　　2）过滤风扇通风的启、停控制；过滤风扇滤材的自清灰控制；

　　

　　3）过滤风扇的滤材更换提示；

　　

　　4）配置通信接口RS485，便于远传信号。

　　

　　5）外形尺寸WxDxH(mm)：108x66x95mm，安装在SVG室内。

　　

　　2.5.3.3现场控制箱

　　

　　现场控制箱，参见图2.5.3.3_1现场控制箱，其配置和功能：

　　

　　图2.5.3.3_1现场控制箱

　　

　　1）配置断路器、接触器、无线通信模块和其它元件，用以线路通断控制和线路保护；

　　

　　2）根据智能风扇的控制命令，直接控制各路过滤风扇的启停、自清灰；

　　

　　3）与显示控制箱进行数据交互；

　　

　　4）现场安装，具体尺寸，依据施工要求而定。

　　

　　2.5.3.4过滤风扇

　　

　　采用型号NFS6626.330-F.230的过滤风扇，参见图2.5.3.4_1，其参数：

　　

　　图2.5.3.4_1IP65过滤风扇及风窗

　　

　　1）防护等级IP65，通过国家CNAS试验室防护等级型式试验，如果试验报告，可联系耐斯普特；；

　　

　　2）通风效率高，且滤尘级别≧F5(1um灰尘颗粒)

　　

　　3）工作电压230VAC，支持自清灰；

　　

　　4）根据现场控制箱接触器的通断，进行运行或停止

　　

　　

　　

　　国家认可试验室IP65防尘防水实测

　　

　　03

　　

　　安装

　　

　　3.1过滤风扇安装

　　

　　1）金属支架功能与安装：

　　

　　根据每个SVG室或集装箱的进风窗情况，设计支架，用于安装IP65过滤风扇和高防护等级加热器。

　　

　　金属支架安装在SVG室的进风窗上，固定后，采用发泡胶、密封胶等材料将周边缝隙封严实，达到IP65级别。

　　

　　现场一共16个进风窗，每个进风窗配置10个过滤风窗，其过滤风窗布局示意图参见图3.1_2。

　　

　　支架根据现场状况，设计成易维护型，如果现场进风窗可拆卸，则设计成固定支架，参见图4.3.1，如果现场进风窗不可拆卸，则设计成可打开式的门结构，参见图3.1_1。

　　

　　图3.1_1开门式支架

　　

　　2）IP65过滤风扇安装：

　　

　　IP65过滤风扇安装于根据于SVG室设计的支架上，并合理布线。

　　

　　3.2智能风扇控制器安装

　　

　　智能风扇控制器安装在SVG集装箱内，采用35mm导轨安装，安装箱合适位置，参见3.2_1。

　　

　　图3.2_1智能风扇控制箱安装

　　

　　3.3现场控制箱安装

　　

　　现场控制箱放置于SVG低压室内，用于执行智能风扇控制器的控制执行部件和与远程通信的部件，主电源取自SVG低压室（如负荷满足）或取自场站低压配电室输出回路（在SVG室低压负荷不够的情况下），安装参加图2.5.3.3_1。

　　

　　3.4显示控制箱

　　

　　显示控制屏及通信器件，安装在显示控制箱中，该控制箱通常壁挂在场站监控室等位置，参见图2.5.3.1_1。

　　

　　04

　　

　　应用案例

　　

　　采用智能通风防尘产品，改造某些风电场，以某风电场为例介绍。

　　

　　4.1现场情况

　　

　　现场SVG容量12.5Mvar，集装箱安置，遇到的问题：

　　

　　1）灰尘积累严重，灰尘清理极为不便

　　

　　2）雨雪天气，故障频发，闪络、跳闸和模块放炮，严重影响SVG的正常运行。

　　

　　4.2配置方案

　　

　　方案组成：

　　

　　1）IP65过滤风扇45台；

　　

　　2）风窗支架11台套；

　　

　　3）高防等级加热器，45只（选配，如无潮湿问题，则不配置）；

　　

　　4）智能风扇控制器3只，多点监测环境、多路控制和自动清灰；

　　

　　5）现场控制箱；

　　

　　6）中控显示控制箱。

　　

　　4.3改造后的状况

　　

　　4.3.1改造后的安装效果

　　

　　改造后的安装，见图4.3.1、图4.3.2和图2.5.3.1_1。

　　

　　图4.3.1SVG进风窗外侧

　　

　　图4.3.2SVG进风窗内侧

　　

　　4.3.1改造后的运行效果

　　

　　改造后，运行以来，无明显灰尘进入，SVG没有因为潮气及雨雪天气等恶劣天气发生故障。

　　

　　同时滤材上无明显灰尘积累和堵塞，也无需人工维护清理滤材上和SVG内的灰尘。

　　

　　05

　　

　　经济性分析

　　

　　本SVG智能通风防尘、防潮系统方案，造价成本、人工成本低（运行后约3年无须更换滤材）、运行成本低（耗电量低）和自动化程度高，同时有很好经济实用性。

　　

　　5.1智能通风防尘方案与空调方案运行经济性对比

　　

　　图5.1通风防尘防潮方案与空调方案的年度费用分析

　　

　　本SVG智能通风防尘、防潮系统运行后，运行成本（约）与空调方案的对比，见图5.1通风防尘防潮方案与空调方案的年度费用分析。

　　

　　从图5.1中，看出10兆乏的SVG年度费用通常小于1.45万，空调方案的年度费用却20万元以上，60兆乏的SVG，空调方案的年度费用高达132万元，而智能通风防尘、防潮方案却约5万元。

　　

　　5.2改造费用与场站因环境问题增加的额外费用对比（以10兆乏为例）

　　

　　SVG因微环境而经常发生意外的故障，因此每年维护的额外费用约20~30万元，甚至更多，主要分为3部分：

　　

　　1）损坏的SVG模块或装置更换的费用

　　

　　2）故障停运时，电网考核产生的费用

　　

　　3）人工清灰的费用

　　

　　而耐斯普特智能通风防尘除湿系统初次安装费用低、每年维护费用更低，会给用户每年节省20万左右的维护费用。

　　

　　06

　　

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