魏清澈 乔丽
摘 要：本文主要研究了高压变频器在高海拔地区的应用，并结合实际的工程案例，详细介绍了高压变频器在实际设计中应该注意的一些事项。随着海拔的提高，对高压变频器的设计也提出了更高的要求，尤其当海拔超过4000米的时候，对设备的散热、电气安全距离、高低压器件、降容参数计算及绝缘材料也提出了更高的挑战。
关键词：高压变频器; 高海拔 ;散热; 降容 ;绝缘
1引言
随着社会各界对节能降耗的迫切需求，高压变频器技术不断提高，其应用领域得到了不断的扩展。同时，我们发现高压变频器在平原地区的钢铁、电厂、水务等行业成功应用案例数不胜数，但是在高海拔地区成功应用的案例可谓凤毛麟角。随着海拔的提高，对高压变频器的设计也提出了很高的要求，国内很多企业并没有专门针对高海拔地区，做特殊的结构设计，甚至有的厂家把适用于正常海拔的高压变频器直接应用在高海拔地区，这必将带来散热能力降低、电气安全距离不足、高低压器件选型不合理、变频器降容参数计算不准确和绝缘材料性能的降低等严重问题。所以，急需摸索出一些高压变频器在高海拔地区应用的相关注意事项，并制定相应的国家标准。
2 气候条件对变频器性能的影响分析
我们知道高海拔地区，空气稀薄，空气的流量相对于平原地区会减小很多，这就会导致变频器整体散热能力减弱。同时，随着气压的降低，电气间隙的击穿电压也会同步降低，导致绝缘强度降低，气压的降低，也会对PCB上敏感器件的稳定性有一定的的影响。另外，也会影响到变频器输出至用户电机电缆的输送能力，需要根据传输的距离，结合当地的海拔，考虑是否增加输出电抗器。除了以上几点，我们还需要考虑变频器内高低压器件也要满足高海拔要求，变频器的降容的参数计算，也需要校核移相变压器的输出能力及绝缘等等，综上所述，都需要我们在实际设计过程中采取相应的措施。
3 散热措施
由于高压变频器内部的大功率半导体器件和移相变压器，其正常工作时产生大量的热量，占据了变频器无功损耗的绝大部分，同时，我们了解海拔越高空气越稀薄，这就代表了空气介质冷却效率的降低，对于自然对流、强迫风冷为主的电子产品温升会增加，这种温度的升高是不被设计者所接受的。从节约设计周期和成本角度考虑，我们从增加柜顶离心风机的风量和增加进风口的面积着手，进行改进。在柜体结构及风机型号不变的前提下，根据高海拔地区大气压力值等比例增大柜体所需的总风量，总风机数量由原来的5个RH45V风机，增加到9个RH45V风机，总风量对应由原来的21500立方米/小时，增加到38700立方米/小时，如果只增加风机数量而不加大进风口面积的话势必造成进风口风速过大，而引起噪声增加，所以，同步将进风口的总面积由原来的3860000平方毫米，增加到61760000平方毫米，以满足变频器运行时，不超过85DB的设计要求。同时，满足功率单元温升可控制在25K以内。
4 电气安全距离措施
随着海拔高度的不断升高，空气密度以及大气压力也会随之逐渐降低，对于功率单元内部的IGBT，整流器等电力电子器件，变频器输入输出母排等裸露的铜排，他们的绝缘介质均为空气，其绝缘性能以及击穿电压也会随着空气密度和气压的减小而降低，电晕闪络在表面的发生率也会随之升高。所以，我们可以根据IEC 61800-5-1-2007中的规定，对电气间隙进行相应的修正。
通过上边的表格，我们可以发现，随着海拔的升高，电气间隙修正系数也在随之增加，所以，在进行电气设计时只有对电气绝缘进行合理的修正，才能保证变频器的安全运行。
5 选用高原型高低压器件的措施
在变频器设备中，高低压元器件选型很重要。尤其是高压器件，现在通常采用的方法是在选型时选择额定电压至少高出实际电路电压一个等级的产品或者使用高原型产品专为高海拔研制的电气元件，比如高原型变压器，高原型真空接触器等。高压变频器中的避雷器也需要采用高海拔避雷器，并对其内部工频放电值和保护值进行修正。低压回路中采用的空气开关或接触器的额定电压值，在选型要注意将其绝缘电压适当放大，正常的电网额定电压为400v，在4000米海拔高度可以选用绝缘电压为1000v的框架开关和塑壳开关，以保证绝缘强度，从而减轻海拔低气压的影响。对高压变频器中的移相变压器，功率单元模块和开关电源均需要降容使用。
6 变频器采取降容的措施
高压变频器的一般应用环境的海拔条件定义为：“不超过1000m，超过1000m应根据每升高100m，外绝缘距离增大1%，输出额定通流能力减小1%”。其中，“外绝缘距离增大”的技术条件的可根据GB1094.11-2007《干式电力变压器》第11.3条的规定：所设计的变压器是在海拔超过1000m处运行，而其试验却是在正常海拔处进行时，对于海拔超过1000m以上的部分，以500m为一级，其温升限值按下列数值相应降低：对于自冷式变压器：2.5%;对于风冷式变压器：5%。根据GB1094.11-2007标准的第12.2条的规定： 当变压器被规定在海拔为1000 m～3 000 m之间运行，而其试验却是在正常海拔处进行时，其额定短时外施耐受电压值，应根据安装地点的海拔超过1 000 m的部分，以每100 m增加1%的方式来提高。至于在海拔超过3 000 m处运行时，其绝缘水平应由供、需双方协商确定。
因此在海拔比较高的地区使用变频器（如云、贵地区，川藏等地区），变频器的容量应该有足够的富裕量，否则就会频繁出现过流、过载、过热等跳闸现象。
7 选用绝缘性能更好绝缘材料的措施
高原地区还需考虑紫外线问题，紫外线辐射照度随着海拔升高的增加率比太阳总辐射照度的增加率大得多，海拔3000米时已达到低海拔相应值的2倍。紫外线会引起绝缘材料的加速老化，因此在绝缘材料的选择上尽量选用受温差不大和防老化程度高的绝缘材料，柜内绝缘框架可以采用GPO-3材质，在保证强度的同时，变形量及老化程度较小。
柜体须耐盐雾，耐腐蚀，设备涂漆工艺可以参考如下：底漆，富锌环氧树脂漆，干膜厚度最低60微米。中间层，高光环氧树脂漆，干膜厚度最低80微米。面漆，脂肪族聚氨脂漆，干膜厚度最低60微米。涂漆干膜总厚度不能低于200微米。
8 结束语
随着高压变频器在高海拔条件下应用需求的不断增长，如何采取多种技术手段，保证变频器在恶劣的自然环境下长期稳定运行，已关系到高压变频器应用领域能否不断扩大的重要因素。国内高压变频器厂家都在根据自己的实际经验，不断完善相应的应对措施，同时，在产品设计和制造的各个环节中，通过各种严格的测试和特殊的加工工艺，以保证提供给客户的产品能完全满足高海拔下的应用需求。
参考文献：
[1]仲明振. 高压变频器应用手册.北京：机械工业出版社，2009[2]张选正.中高压变频器应用技术.北京：电子工业出版社，2007[3]倚鹏. 高压大功率变频器技术原理与应用.北京：人民邮电出版社出版，2008
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