摘要：西藏高争建材地处西藏拉萨市堆龙德庆县乃琼镇，平均海拔3700米，是西藏水泥工业起步最早，现今规模最大的国有骨干企业。此现场是我司高压变频器第一次在高原地区的应用。

关键词：西藏、高原地区、高压变频器、水泥、建材、节能

一、引言

我国拥有世界上最辽阔的高原地域，面积约为270万km2,平均海拔2 000～4 500m。青藏高原是其中最具代表性的，平均海拔4 500m，其独特的气候特点：空气稀薄、气压低、含氧量少、昼夜温差大、低温动土、紫外线辐射强、风沙尘大、降雨少、气候干燥等。高原环境对电气设备的影响：1、对绝缘强度的影响；2、对电晕的影响；3、对开关电器灭弧性能的影响；4、对温升的影响；5、高原辐射增加的影响；6、对产品外型和密封的影响；7、对温度的抵抗能力；8、静电的影响。

二、高原电气设备的设计注意事项

2.1对电气间隙的影响

电气间隙是指有压差的两个导电物体之间的直接的空间距离。主要对击穿而言。

大气的压力、温度、和湿度都会影响空气的密度、电子自由行程、碰撞电离及吸附效应。因而应对空气密度、湿度、海拔高度进校校正。由巴申定律可知，在海拔变高时，空气变得稀薄，气压降低，密度减小，可知同等的电压等级其击穿距离减小。因此，要满足高原的抗击穿安全距离，必须对耐压等级进行降级或增大电气间隙。具体的距离折算按照下表的进行折算（GB/T20626.1-2006）。

2.2对爬电距离的影响

爬电距离是指带压差的两个导体之间的沿绝缘表面的最短距离，这是在绝缘表面进行导电的，由压差、环境的污秽程度和绝缘材料的耐泄痕指数有关。爬电距离不能小于电气间隙。

在环境湿度很大的条件下，可能出现相间沿绝缘表面进行导电。

 2.3对温升的影响

普通空气对流散热的器件在海拔升高时受空气特性改变的影响。高海拔地区使得空气的气压减小，空气密度减小，散热能力减弱，设备的同负载下的温升提高，因此设备必须降额使用。

2.4对介电性能的要求

受高海拔出现的空气稀薄的影响，器件的工频电压耐受能力和冲击耐受电压能力减弱，类似于对电气间隙的影响。因此，要对介电性能做同样的计算处理。

三、高原下的电气设计方法

在高原环境下，电气系统受到以上影响时设计系统从以下几点进行系统设计：

3.1电气柜的设计

电气柜主要是为了满足电气间隙和爬电距离及散热的要求。比如，在高原下要对电气间隙进行加大，在现有电气元件的基础上降低低压等级使用，这样等效于加大电气间隙；如果采用抽屉柜则增大抽屉尺寸，增大带电体与柜体的电气间隙。

3.2设备及保护的设计

从动力的降额使用情况进行匹配继电保护器件，从实际的运行负载电流进行保护。采用降额使用时电机的电流会比实际所需动力电机的电流稍大，但不会达到降额使用电机的额定电流，因此，只要在实际动力电机的额定电流基础上进行放大即可。不可放大过大，否则在电机过载的情况下由于保护过于宽松而导致保护出现失效，选择过小可能会出现过于灵敏。空气开关等也会有高原降额系数。另外配用的电缆的线径要充分考虑散热降额系数。

不能在设计继电保护和拖动系统时一级比一级大，这样造成浪费也不利于系统安全。比如电机需要22kW，在海拔高度为4300米的地区使用该电机，依据22kW在海拔1000米使用，每增高100米电机降额1%，则海拔4300米处电机降容33%，因此计算得到电机要满足降额要求则电机的实际选用功率应该为22kW/67%=32.8kW，因此可以选用37kW作为动力。

正常来讲电机运行电流比22kW电机要大，但是肯定不会达到37kW的额定电流。如果选用变频器则可以根据37kW电机的功率进行选取，同样变频器的功率应该为37kW/67%=55.22kW，选取55kW变频器。在设定变频器参数时应该以37KW电机的额定数值进行设定并保护电机的过载等，否则变频器无法对电机进行保护，容易烧毁电机。

变频器进线端的空气开关的选择是为了保护变频器，同时保护电机。电机的运行可以通过变频器进行主要的保护，变频器运行的进线电流会较输出端小，这样可以根据电机的电流选择空开，而不是根据变频器的功率进行选择，否则会出现对变频器的保护失位。

四、用户现场介绍

西藏高争建材此次用采买并顺利投运我司高压变频器6台，其中原两条水泥回转窑生产线窑尾高温风机两台2000KW电机使用工频启动，液偶调速控制风机风量，先改造为我司CHH100-2800-10变频器控制电机转速来调节风量；另4台风别为回转窑窑头头排风机和辊压机系统上的循环风机，变频器选型为CHH100-0500-10，电机分别为400KW和355KW，此现场电机全部为兰州电机股份公司生产的高压鼠笼式电机。

现场图片如下:

现场图片

安装中的辊压机

运转中的我司变频器

现场DCS系统图

拆掉液偶后的联轴器连杆

水泥回转窑

五、英威腾CHH100系列高压变频器现场使用工况

1、英威腾高压变频器CHH100简介

CHH100系列高压变频器调速系统是我公司设计制造的直接高压输出、电压源型变频调速系统，它通过多级H桥功率单元串联的方式实现了完美的高压波形输出，无需升压即可直接拖动高压异步电动机，无需加装任何滤波器，谐波指标符合IEC及GB对电网谐波最为严格的要求。

CHH100系列高压变频器调速系统采用多单元串联脉宽调制叠波技术，通过功率单元串联，从电网的输入电压经过移相变压器，变成3*N路三相660V/690V的低压电压（N为每相功率单元的个数），然后把这些电压输出分别给每个功率单元供电。每个单元采用H桥的方式，由主控系统采用移相的方式，控制每个H桥的PWM输出；把同一相的单元PWM输出串联起来，每相的第一个单元采用“Y”方式连接，三相最后一个单元合成高压电压输出；通过功率单元的逆变转换，实现了AC-DC-AC转换。

    2、西藏高争建材现场应用情况介绍

现场设备通过就地/远程转换开关切换，使用远程DCS控制变频器启停及频率给定，至目前为止，已经正常投运了6台高压变频器中的5台，其正常使用频率均在38HZ左右，运行状况稳定，节能效果非常明显。例如回转窑窑尾高温风机原液偶控制正常工况下电流为110A左右，现改为变频控制后，正常工况下输入电流仅为65A左右，节能效果高达40%以上，按一年300天的工作量、0.6元/度电计算，仅一台高温风机变频一年即可为现场节能（110-65）×10000×24÷1000×0.8×300=194.4万元电费。

六、结束语

西藏高争建材采用英威腾生产的CHH100系列高压变频器后，不但提高了生产效率和系统的综合可靠性，降低了能耗，而且达到了操作方便、运行性能安全良好的效果。实践证明，利用技术先进、成熟安全的高压变频调速系统可以全面实现高效调节现场工况，提高系统自动化程度，节约电能的目的。使用高压变频器可以带来可观的效益，切实响应国家节能降耗的号召，值得大力推广。