关键词： 高原型 高压变频器 海拔4500米 结构设计

引言 

    西藏巨龙铜业有限公司是西藏自治区2006年通过招商引资引进的以民营控股为主的混合所有制有限公司，主要从事铜等多金属矿资源的勘查、开发、加工和销售。公司旗下的驱龙多金属矿铜资源量达1000万吨，是目前国内已探明的第一大铜矿，位于墨竹工卡县甲玛乡甲玛沟，海拔4500米，拟建设生产规模为日处理矿石10万吨的采选工程，驱龙铜等多金属的开发建设必将为西藏经济及社会的发展发挥巨大的作用。2014年西藏巨龙铜业与中信重工签订了《知不拉铜矿φ5.5x8.5m球磨机设备订货合同》和《知不拉铜矿φ7.5x3.2m半自磨机设备订货合同》。其中φ7.5x3.2m半自磨机配套一台中信重工自制的高压变频器。

背景现状 

    随着现代电力电子技术的高速发展，高压变频器在平原地区的煤炭、建材、矿山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少之又少，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及电气安全距离不足的严重问题。

高原型变频器设计注意要点

    影响高压变频器可靠性的多重因素中，散热及电气安全距离是至关重要的。本人依据西藏卧龙现场高压变频器成功应用的经验分享如下。

1.散热

    大功率半导体器件及移相变压器工作时产生的热量占变频器无功损耗的绝大部分，众所周知海拔越高空气越稀薄，这就代表了空气介质冷却效应的降低，对于自然对流、强迫风冷为主的电子产品温升会增加。

下面以理论计算公式来说明这点

    空气吸收热量公式：

    综上所述：在柜体结构及风机型号不变的前提下，高海拔地区需要根据大气压力值等比例增大柜体所需的总风量，解决方案就是增加风机的数量并且加大柜体的进风口，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引起噪声。

    2.电气安全距离

    随着高原地区不断升高的海拔高度，空气密度以及大气压力也会随之逐渐降低，而一些电工电子产品的绝缘介质为空气，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，电晕闪络在其表面的发生率也会随之升高。所以在高海拔地区施工的电子产品，如果使用地点与试验地点有相同的海拔高度，则试验需要根据常规型产品的要求进行，如果使用海拔与试验地点的海拔高度不同，则需要适当修正有关的各项绝缘试验指标。

    通过表1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，墨竹工卡县甲玛海拔4500米，在进行电气设计时只有对电气绝缘进行合理的修正，才能保证电子产品的安全运行。

3.高低压器件的选型

    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选择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。控制柜中的主开关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4500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，以保证外绝缘强度大些，从而减轻海拔低气压的影响。对于控制器件，由于是弱电电路，可靠性高，受海拔高度的影响较小，可以忽略不计。

4.柜体及绝缘材料的处理

    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SMC模塑料，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。

结论

    电气设备受到高海拔环境条件影响极大，到目前为止，国内外还没有关于超过4000米海拔的电气设计系统性经验，也无具体的高海拔电气设计标准。本人就西藏卧龙铜矿知不拉现场高压变频器成功应用的案例，从散热、电气安全距离、高低压器件选型、柜体及绝缘材料处理方面进行了经验分享。

    高海拔地区的电气设计区别于低海拔下常规产品，电气性能要进行修正，这样才能保证电子设备的安全运行。