Hệ thống làm mát thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh loại bỏ tổn thất từ các van thyristor, cuộn kháng, tụ điện, bộ lọc, máy biến áp và các thiết bị phụ trợ để hệ thống SVC có thể cung cấp công suất phản kháng yêu cầu mà không vượt quá nhiệt độ giới hạn của linh kiện. Các hệ thống nhỏ hoặc kín có thể sử dụng làm mát bằng không khí cưỡng bức; các hệ thống van công suất cao thường sử dụng vòng tuần hoàn chất lỏng khử ion kín kết hợp với bộ trao đổi nhiệt bên ngoài. Thiết kế chính xác dựa trên dữ liệu tổn thất tại điểm vận hành điện nóng nhất, nhiệt độ môi trường và độ ô nhiễm tại vị trí lắp đặt, độ cao so với mực nước biển, sự ô nhiễm, tính dự phòng, lượng nhiệt tỏa ra của tòa nhà, hệ thống giám sát, và công suất khả dụng sau khi quạt, bơm hoặc máy làm lạnh gặp sự cố.
Hệ thống làm mát SVC phải loại bỏ những gì
Bộ bù công suất phản kháng tĩnh sinh ra nhiệt ở các van thyristor, cuộn kháng, tụ điện, bộ lọc, máy biến áp, hệ thống thanh dẫn, nguồn điều khiển và các thiết bị phụ trợ của vỏ tủ. Tổn thất thay đổi theo sơ đồ mạch và chế độ vận hành. Cuộn kháng điều khiển bằng thyristor có thể chạy trong thời gian dài với dòng điện lớn, trong khi các nhánh đóng cắt có chu kỳ làm việc khác nhau. Hệ thống làm mát được tính toán kích thước dựa trên tổn thất của các linh kiện và trạng thái vận hành khắc nghiệt nhất có thể xảy ra, chứ không chỉ dựa vào công suất phản kháng danh định (Mvar) của SVC. Nghiên cứu này cũng tính toán bức xạ mặt trời, nhiệt độ môi trường, độ cao, mức độ ô nhiễm, khả năng hấp thụ của vỏ tủ, hiện tượng tuần hoàn khí thông gió và sự cố mất một thiết bị làm mát.
Làm mát bằng không khí
Hệ thống khí cưỡng bức di chuyển không khí đã qua lọc hoặc xử lý qua các tủ, phòng van hoặc bộ tản nhiệt. Chúng tương đối đơn giản, nhưng hiệu suất phụ thuộc vào lưu lượng gió, mật độ không khí, tình trạng bộ lọc, khả năng hoạt động của quạt và đường thông thoáng từ cửa hút đến cửa xả. Việc tuần hoàn khí nóng có thể làm cho nhiệt độ phòng được đo trông có vẻ chấp nhận được trong khi các bộ tản nhiệt bán dẫn lại bị quá nhiệt. Ở độ cao lớn, mật độ không khí giảm làm giảm khả năng làm mát. Bụi, muối, các hạt dẫn điện và độ ẩm có thể đòi hỏi các bộ trao đổi nhiệt kín hoặc phòng được điều hòa không khí thay vì thông gió mở. Khả năng dự phòng của quạt và cảnh báo bộ lọc bẩn phải phù hợp với mức độ sẵn sàng yêu cầu.
Làm mát bằng chất lỏng
Các van thyristor công suất cao thường sử dụng một mạch nước khử ion hoặc nước pha glycol khép kín để truyền nhiệt từ các tấm tản nhiệt của van đến bộ trao đổi nhiệt bên ngoài. Mạch sơ cấp phải duy trì khả năng cách điện, thành phần hóa học, độ sạch, áp suất, lưu lượng và độ kín chống rò rỉ. Các máy bơm, bình giãn nở, thiết bị khử ion, bộ lọc, thiết bị đo độ dẫn điện, công tắc lưu lượng, cảm biến nhiệt độ và các bộ trao đổi nhiệt đều trở thành một phần ảnh hưởng đến độ sẵn sàng của SVC. Một mạch thứ cấp bằng không khí hoặc nước sẽ thải nhiệt ra ngoài khu vực nhà máy. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng có thể xử lý tổn thất nhiệt tập trung một cách hiệu quả, nhưng nó làm gia tăng các trách nhiệm về kiểm soát chất lượng nước, chống đông, phát hiện rò rỉ và bảo trì.
Bộ trao đổi nhiệt và tính dự phòng
Xác định xem nhiệt được thải ra bởi bộ tản nhiệt không khí-nước, bộ trao đổi nhiệt nước-nước, máy làm lạnh nước (chiller), tháp giải nhiệt hay nước quy trình của nhà máy. Kiểm tra nhiệt độ bồn chứa (sink temperature) trong trường hợp xấu nhất trên thực tế, hệ số dự trữ cáu cặn (fouling allowance), nhiệt độ chênh lệch tiếp cận (approach temperature) và tổn thất của quạt, bơm hoặc phần bộ trao đổi nhiệt. Ngôn ngữ N+1 không đầy đủ trừ khi điểm công suất được nêu rõ. Một bơm dự phòng có thể không duy trì được công suất đầu ra toàn phần nếu diện tích bộ trao đổi nhiệt còn lại hoặc nguồn điện là yếu tố giới hạn. Chỉ định công suất đầu ra SVC khả dụng ở chế độ làm mát bình thường, vận hành khi hỏng một linh kiện, điều kiện nhiệt độ môi trường cao và các điều kiện giảm tải khẩn cấp.
| Phương pháp làm mát | Phù hợp nhất | Tình trạng được theo dõi chính | Mối quan tâm chính về lỗi |
|---|---|---|---|
| Khí cưỡng bức | Tổn thất phân tán vừa phải | Lưu lượng gió và áp suất lọc | Bám bẩn và tuần hoàn hoàn lưu |
| Vòng tuần hoàn chất lỏng kín | Tổn thất cục bộ qua van | Lưu lượng, nhiệt độ, độ dẫn điện | Rò rỉ, hỏng máy bơm hoặc hỏng hóa chất |
| Vòng tuần hoàn nước lạnh phụ | Nhiệt độ môi trường cao hoặc giới hạn không gian hẹp | Nhiệt độ cấp và trạng thái máy làm lạnh | Sự phụ thuộc vào trợ giúp |
| Bộ trao đổi nhiệt kín | Các khu vực nhiều bụi hoặc có tính ăn mòn | Nhiệt độ bên trong và tình trạng thiết bị trao đổi nhiệt | Phương pháp tiếp cận rút gọn và sự bám bẩn |
Nhiệt độ môi trường và Độ cao
Các thông số định mức của thiết bị thường giả định nhiệt độ môi trường và độ cao địa hình được xác định trước. Nhiệt độ môi trường cao hơn làm giảm biên độ nhiệt; độ cao làm giảm mật độ không khí và cũng có thể ảnh hưởng đến việc phối hợp cách điện. Sử dụng các giá trị thiết kế khí hậu tại công trình, mức tăng nhiệt độ phòng trong nhà, bức xạ mặt trời và vị trí xả thông gió. Không tính toán kích thước theo thời tiết trung bình năm khi lưới điện cần hỗ trợ công suất phản kháng trong một đợt nắng nóng đỉnh điểm hiếm hoi. Cũng cần cân nhắc các điều kiện khởi động lạnh, ngưng tụ hơi nước, hoạt động của thiết bị sưởi và bảo vệ chống đóng băng. Nếu dự án áp dụng hệ số giảm công suất, hãy nêu rõ việc này giới hạn công suất phản kháng liên tục (Mvar), quá tải ngắn hạn, chế độ làm việc của bộ lọc sóng hài hay dòng điện bán dẫn.
Chiến lược cách ly và bao vây
Bụi xi măng, bụi than, hạt kim loại, sợi dệt, sương muối, sương dầu và khí ăn mòn làm thay đổi quyết định làm mát. Không khí lọc hở có thể đòi hỏi bảo trì thường xuyên và vẫn cho phép các cặn bám trên các bộ tản nhiệt hoặc lớp cách điện. Một tủ kín với hệ thống trao đổi nhiệt không khí với không khí hoặc không khí với nước cách ly không khí bên trong nhưng làm tăng nhiệt trở. Áp suất dương, cấp độ bộ lọc, thiết kế gioăng đệm, lối vào cáp, hệ thống thoát nước và kỷ luật đóng mở cửa đều quan trọng. Hãy chọn một khái niệm vỏ tủ dựa trên tác nhân gây ô nhiễm thực tế và năng lực bảo trì; một chỉ số IP cao đơn thuần không mô tả được khả năng thải nhiệt, chống ăn mòn hay tải trọng bộ lọc.
Cảm biến nhiệt độ và Báo động
Đo lường các điểm có thể xảy ra sự cố: bộ tản nhiệt hoặc ước tính mối nối của chất bán dẫn, đầu vào và đầu ra làm mát van, cuộn dây hoặc lõi lò phản ứng (nếu có), ngăn tụ điện, đầu vào và đầu ra của tủ điện, độ dẫn điện của chất làm mát, áp suất, lưu lượng, trạng thái bơm, trạng thái quạt, chênh lệch áp suất bộ lọc, nhiệt độ phòng và phát hiện rò rỉ. Sử dụng các mức cảnh báo, giảm tải (derating) và ngắt với thời gian trễ phù hợp với quán tính nhiệt. Một bộ điều nhiệt trong phòng đơn lẻ không thể chứng minh được hiệu quả làm mát của van. Các xu hướng có giá trị hơn các cảnh báo đơn lẻ vì nhiệt độ tăng chậm ở cùng một tải trọng có thể cho thấy tình trạng bám cặn, hao mòn bơm, tắc nghẽn luồng không khí hoặc suy giảm khả năng truyền nhiệt.
Logic điều khiển và giảm tải
Việc điều khiển làm mát phải khởi động các thiết bị phụ trợ trước khi cho phép vận hành tổn thất cao, xác thực lưu lượng hoặc luồng không khí, luân chuyển thiết bị làm việc khi thích hợp, và xử lý lỗi cảm biến một cách an toàn. Xác định phản ứng đối với trường hợp mất một quạt hoặc máy bơm, nhiệt độ chất làm mát cao, lưu lượng thấp, độ dẫn điện cao, bộ lọc bị tắc, sự cố máy làm lạnh, và gián đoạn dịch vụ trạm. Việc giảm tải có kiểm soát có thể duy trì hỗ trợ phản kháng một phần mà không vượt quá giới hạn của linh kiện. Logic ngắt nên tránh thiệt hại do nhiệt nhưng cũng tránh mất hỗ trợ lưới điện không cần thiết do lỗi cảm biến nhất thời. Xác thực logic bằng cách sử dụng các thử nghiệm nguyên nhân - kết quả và ghi lại công suất phản kháng (Mvar) khả dụng ở mọi trạng thái suy giảm.
Hiệu ứng sóng hài và điểm làm việc
Dòng điện nhánh SVC bao gồm thành phần cơ bản và, tùy thuộc vào cấu trúc liên kết và góc kích, các thành phần sóng hài. Do đó, tổn thất của cuộn kháng, van và bộ lọc không phải lúc nào cũng thay đổi theo một tỷ lệ phần trăm hằng số đơn giản so với định mức. Hãy nghiên cứu các điểm vận hành liên tục, điện áp cực trị, dải góc kích, tình trạng mất cân bằng, tình trạng sẵn có của bộ lọc và nền sóng hài. Thiết kế làm mát chỉ được kiểm chứng ở điện áp danh định và một công suất phản kháng (Mvar) đầu ra có thể bỏ sót điều kiện nóng nhất. Hãy xác nhận dữ liệu tổn thất với nhà cung cấp thiết bị và bao gồm cả dung sai. Khi một nhánh bộ lọc không khả dụng, cả hiệu suất điện và sự phân bố nhiệt giữa các nhánh còn lại đều có thể thay đổi.
Tích hợp Phòng và Tòa nhà
Tòa nhà SVC phải tản toàn bộ nhiệt lượng của thiết bị mà không làm đoản mạch khí cấp và khí thải. Phối hợp công suất HVAC, khoảng cách thiết bị, thiết kế buồng góp gió (plenum), cửa chớp, van chống cháy, xử lý tiêu âm, lối đi bảo trì và các tuyến nâng hạ để bảo dưỡng. Ngăn chặn dòng khí thải từ giàn ngưng hoặc bộ tản nhiệt quay trở lại cửa hút. Tách biệt các khu vực điều khiển sạch với các khu vực lò phản ứng nhiều bụi khi cần thiết. Kiểm tra công suất máy biến áp phụ trợ và nguồn điện khẩn cấp cho bơm, quạt, hệ thống điều khiển, máy sưởi và máy làm lạnh. Một hệ thống làm mát hoạt động tốt trên bệ gá của nhà cung cấp vẫn có thể bị hỏng sau khi lắp đặt nếu tòa nhà giữ lại khí nóng hoặc hạn chế lối tiếp cận để bảo trì.
Thử nghiệm vận hành
Kiểm tra hiệu chuẩn cảm biến, chiều quay quạt, hướng luồng khí, lưu lượng chất làm mát, cơ chế chuyển đổi bơm, hoạt động của van, độ dẫn điện, áp suất, cảnh báo rò rỉ, cảnh báo bộ lọc, khóa liên động HVAC, giảm công suất định mức, logic ngắt, chỉ thị từ xa và hành vi khi mất nguồn cấp. Tiến hành chạy thử nhiệt hoặc kiểm tra điểm vận hành đủ để chứng minh nhiệt độ ổn định, cho phép tính đến các hằng số thời gian nhiệt. Ghi lại nhiệt độ môi trường, đầu ra SVC, điện áp thanh cái, dòng điện nhánh, nhiệt độ đầu vào và đầu ra, dữ liệu chất làm mát và trạng thái thiết bị phụ trợ. Sử dụng các giá trị này làm đường cơ sở bình thường. Điều tra các điểm nóng không rõ nguyên nhân hoặc hiện tượng trôi nhiệt trước khi chấp nhận vận hành liên tục toàn tải.
Chương trình bảo trì
Theo dõi xu hướng nhiệt độ ở mức Mvar và điều kiện môi trường tương đương. Kiểm tra và làm sạch bộ lọc, bộ trao đổi nhiệt, giàn tản nhiệt, quạt, bơm, bộ lọc cặn và các đường dẫn làm mát theo định kỳ dựa trên mức độ bám bẩn thực tế. Duy trì hóa chất làm mát và độ khử khoáng trong giới hạn của nhà cung cấp, kiểm tra thiết bị phát hiện rò rỉ, vận hành thử thiết bị dự phòng, và kiểm tra ống mềm, phớt làm kín, ổ bi cùng các thiết bị phụ trợ điện. Chuẩn bị sẵn bộ lọc dự phòng, phớt bơm, cảm biến, cụm quạt và chất làm mát được phê duyệt khi thời gian đặt hàng đe dọa đến khả năng cung ứng. Sau khi bảo trì, xác nhận đã khôi phục lưu lượng dòng chảy, lưu lượng gió, hệ thống cảnh báo và cơ chế tự động chuyển đổi. Đường cơ sở được tài liệu hóa giúp nhận thấy rõ sự suy giảm nhiệt độ từ từ trước khi nó gây ra việc giảm công suất.
Danh sách kiểm tra yêu cầu báo giá hệ thống làm mát
Cung cấp chế độ làm việc liên tục và quá tải Mvar, cấu hình SVC, các trường hợp điện áp và sóng hài, dữ liệu tổn hao thiết bị, nhiệt độ môi trường tối đa và tối thiểu, độ cao, bức xạ mặt trời, độ ô nhiễm, bố trí trong nhà hoặc ngoài trời, các điều kiện nước làm mát có sẵn, độ tin cậy của điện tự dùng, giới hạn tiếng ồn, mức dự phòng yêu cầu, hệ số giảm tải cho phép và các ràng buộc về khả năng bảo trì. Yêu cầu cân bằng nhiệt cho trạng thái bình thường và suy giảm, các điểm vận hành thiết bị, đường đặc tính bơm và quạt, thông số kỹ thuật chất làm mát, danh sách cảm biến, ma trận cảnh báo/cắt, tải phụ trợ, lượng nhiệt thải của nhà trạm, thử nghiệm chạy thử, chu kỳ bảo trì và phụ tùng thay thế. Nêu rõ bên nào chịu trách nhiệm về giao diện giữa cụm thiết bị của nhà cung cấp và hệ thống HVAC hoặc hệ thống nước của trạm.
Các hướng dẫn liên quan
Đánh giá những gì một SVC thực hiện, Xếp hạng nhiệt độ vỏ tủ SVG, Lựa chọn công suất SVG, và Sản phẩm SVG của CNBYG. SVG không có cùng cấu trúc topo với SVC thyristor, nhưng các vấn đề về nhiệt tại trạm có điểm chung.
Câu hỏi thường gặp
SVC được làm mát như thế nào?
Bằng không khí cưỡng bức, hệ thống làm mát bằng chất lỏng kín, hoặc kết hợp với các bộ trao đổi nhiệt bên ngoài hoặc máy làm lạnh, tùy thuộc vào tổn thất và điều kiện tại địa điểm.
Tại sao nên sử dụng nước khử khoáng?
Các mạch làm mát van có thể yêu cầu độ dẫn điện thấp được kiểm soát ở gần thiết bị điện tử công suất đang mang điện; hãy tuân theo các giới hạn hóa chất của nhà cung cấp.
N+1 có đảm bảo đầu ra đầy đủ không?
Không. Đầu ra đầy đủ phụ thuộc vào các máy bơm, quạt, diện tích bộ trao đổi nhiệt, nguồn điện và điểm vận hành môi trường xung quanh còn lại.
SVC có thể giảm công suất (derate) thay vì cắt (trip) không?
Thường có thể giảm tải được kiểm soát, nhưng ngõ ra an toàn và logic phải được thiết kế và kiểm tra.
Xu hướng nào thể hiện rõ nhất tình trạng bám bẩn?
Nhiệt độ linh kiện hoặc chất làm mát tăng lên ở các điều kiện Mvar và môi trường tương đương là một chỉ báo sớm hữu ích.
Tài liệu tham khảo
- IEEE 1534 — Hướng dẫn đặc tả chức năng thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh
- NREL — Tổng quan về Quản lý Nhiệt Điện tử Công suất
Học tập thêm
