用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高海拔地区的级联型高压变频器的设计方法，包括：1）加强外绝缘；1.1）采取加大空气间隙及爬距的方式；1.2）高压变频器的低压电器的额定电压在选型时至少高出实际电路电压一个等级；1.3）高压变频器的高压电器则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；2）高压变频器中的避雷器采用高海拔避雷器，并对其内部工频放电值和保护值进行修正；3）高压变频器低压回路中采用的空气开关或接触器的额定电压值大于低压回路的工作电压等级；4）对高压变频器中的移相变压器、功率单元模块和开关电源采用降容使用方法。本发明专利技术的设计方法具有提高高压变频器高海拔环境适应能力且工作量少等优点。

Design method of Cascaded High Voltage Inverter for high altitude area

The invention discloses a design method of cascaded high-voltage inverter used in high altitude area, which includes: 1) strengthening external insulation; 1.1) increasing air gap and creepage distance; 1.2) the rated voltage of low-voltage apparatus of high-voltage inverter is at least one level higher than the actual circuit voltage in model selection; 1.3) the rated voltage of high-voltage apparatus of high-voltage inverter is selected in model selection At least one level higher than the actual circuit voltage or plateau type product is used; 2) the arrester in the high-voltage inverter adopts the high-altitude arrester and corrects the internal power frequency discharge value and protection value; 3) the rated voltage of the air switch or contactor used in the low-voltage circuit of the high-voltage inverter is greater than the working voltage level of the low-voltage circuit; 4) the high-voltage inverter The phase-shifting transformer, power unit module and switching power supply in adopt the method of reducing capacity. The design method of the invention has the advantages of improving the adaptability of the high-voltage frequency converter to the high altitude environment, less workload, etc.

【技术实现步骤摘要】
用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法
本专利技术主要涉及变频
，特指一种用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法。
技术介绍
变频调速是目前工业领域电拖系统节能重要一环，大功率风机、水泵采用变频调速运行方案可降低能耗最高达30%以上。目前级联型高压变频器则借助其谐波含量低，功率因数高，可直接驱动普通高压电机等诸多优势在国内高压变频调速市场取得市场主流地位。根据JB/T7573-94《高原环境条件下电子产品通用技术条件》，高原具有较恶劣的自然气候条件，其中对户内型电气设备有较大影响的条件有：（1）空气压力或空气密度较低；（2）空气绝对湿度较小。其中高原环境对变频器及其零部件的主要影响有：（1）外绝缘强度的降低；（2）局部放电电压降低，电晕起始电压降低，电晕腐蚀严重；（3）空气开关、中继、接触器等低压电器灭弧性能降低；（4）散热能力降低，温升增加；（5）电工绝缘材料的物理和化学性能的变化，塑料制品中增塑剂挥发加速，密封容器产生膨胀、变形、易损坏。我国地势西高东低，然而国内外高压电气设备标准普遍规定产品使用海拔为1000m及以下，无法满足青藏、内蒙、西北等高海拔地区应用需求。普通级联型高压变频设备是按照低于海拔1000m标准设计的。当海拔升高时，空气密度降低，引起外绝缘强度降低、局部放电电压降低、灭弧性能降低、散热能力降低、绝缘材料的物化性能变化等诸多问题，威胁设备运行安全。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种提高高压变频器高海拔环境适应能力且设计工作量少的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，从以下一个方面或多个方面进行设计，以使高压变频器适用于高海拔环境；包括以下方面：1）加强外绝缘；1.1）采取加大空气间隙及爬距的方式加强外绝缘；1.2）高压变频器的低压电器则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，以保障绝缘强度；1.3）高压变频器的高压电器则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，以保障绝缘强度；2）高压变频器中的避雷器采用高海拔避雷器，并对其内部工频放电值和保护值进行修正，以适用于高海拔环境；3）高压变频器低压回路中采用的空气开关或接触器的额定电压值大于低压回路的工作电压等级，以便于在高海拔环境下可靠分断；4）对高压变频器中的移相变压器、功率单元模块和开关电源采用降容使用方法，以保证正常散热以及温升。作为上述技术方案的进一步改进：在1.1）中，在海拔处于1000～4000m时，需要的电气间隙分别如下：高压电路电压10kV，电气间隙实际取值时应≥182.4mm；中间环节电路电压≤1000V，电气间隙实际取值时应≥10.8mm；低压配电电路电压≤380V，电气间隙实际取值应≥4.05mm。在1.2）中，低压电器包括空气开关、中继、接触器、按钮、指示灯、接线端子和电连接器，均使用额定电压690VAC或660VAC的型号，其中实际工作电压为220VAC或380VAC或24VDC。在1.2）中，低压控制变压器采用固体绝缘材料，其绝缘耐压性能是否满足要求主要由其引出线及接线端子的间距决定，当选用220V变压器时的间距应≥8mm，当选用690V变压器时的间距应≥12mm。在1.2）中，开关电源、电路板、控制器和触摸屏，由于其内部电压等级极低，相应的外绝缘裕量较大，满足高海拔环境要求。在步骤1.3）中，通过降低高压变频器中移相变压器二次绕组额定电压方式来调低功率单元模块额定直流电压，同时采用增加模块级联数的方式保持额定输出电压，提高模块绝缘性能裕量。在步骤1.3）中，通过增加绝缘件垫块方式提升平原型绝缘子的相对地间距以提高外绝缘水平。在步骤1.3）中，高压变频器中功率模块的内部的二极管、IGBT及支持电容的接线端子间距均大于12mm，满足DC800V电路在4000m海拔对电气间隙的要求。在4）中，移相变压器和功率单元模块在1000m海拔以上时，每100m降容0.5%，在4000m时需降容15%。在4）中，开关电源、控制变压器的选型裕量需超过50%。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，从加大空气间隙及爬距、电器电压等级以及选型等方面加强外绝缘、以及采用降容方法对温升散热进行考虑，从而适用于高海拔地区环境，而且不需要对各部件进行定制，可以选用市场上供应较为丰富的标准型产品，据此设计的产品满足高原应用需求的同时，对通用型级联变频器的继承性较好，有效减少设计开发工作量，降低采购、制造、维保难度。附图说明图1为本专利技术中变频器的拓扑结构图。图2为本专利技术中功率单元电路图。图3为本专利技术中功率单元输出电压示意图。图4为本专利技术中高压变频器输出电压波形图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。如图1至图3所示，本实施例的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，从以下一个方面或多个方面进行设计，以使高压变频器适用于高海拔环境（1000m～4000m）；包括以下方面：1）加强外绝缘；1.1）采取加大空气间隙及爬距的方式加强外绝缘；1.2）高压变频器的低压电器则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，以保障绝缘强度；1.3）高压变频器的高压电器则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，以保障绝缘强度；2）高压变频器中的避雷器采用高海拔避雷器，并对其内部工频放电值和保护值进行修正，以适用于高海拔环境；3）高压变频器低压回路中采用的空气开关或接触器的额定电压值大于低压回路的工作电压等级，以便于在高海拔环境下可靠分断；4）对高压变频器中的移相变压器、功率单元模块和开关电源采用降容使用方法，以保证正常散热以及温升。本专利技术的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，从加大空气间隙及爬距、电器电压等级以及选型等方面加强外绝缘、以及采用降容方法对温升散热进行考虑，从而适用于高海拔地区环境，而且不需要对各部件进行定制，可以选用市场上供应较为丰富的标准型产品，据此设计的产品满足高原应用需求的同时，对通用型级联变频器的继承性较好，有效减少设计开发工作量，降低采购、制造、维保难度。下面结合一具体实施例对本专利技术的方法做进一步说明：对于常规的级联变频器装置，包括功率单元、移相变压器、控制器、旁路柜等主要零部件及通风加热照明装置等辅件，主要从以下四个方面进行高海拔适应性调整：1）外绝缘外绝缘强化的主要方法有：1.1、加大空气间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，其特征在于，从以下一个方面或多个方面进行设计，以使高压变频器适用于高海拔环境；包括以下方面：/n1）加强外绝缘；/n1.1）采取加大空气间隙及爬距的方式加强外绝缘；/n1.2）高压变频器的低压电器则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，以保障绝缘强度；/n1.3）高压变频器的高压电器则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，以保障绝缘强度；/n2）高压变频器中的避雷器采用高海拔避雷器，并对其内部工频放电值和保护值进行修正，以适用于高海拔环境；/n3）高压变频器低压回路中采用的空气开关或接触器的额定电压值大于低压回路的工作电压等级，以便于在高海拔环境下可靠分断；/n4）对高压变频器中的移相变压器、功率单元模块和开关电源采用降容使用方法，以保证正常散热以及温升。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，其特征在于，从以下一个方面或多个方面进行设计，以使高压变频器适用于高海拔环境；包括以下方面：
1）加强外绝缘；
1.1）采取加大空气间隙及爬距的方式加强外绝缘；
1.2）高压变频器的低压电器则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，以保障绝缘强度；
1.3）高压变频器的高压电器则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，以保障绝缘强度；
2）高压变频器中的避雷器采用高海拔避雷器，并对其内部工频放电值和保护值进行修正，以适用于高海拔环境；
3）高压变频器低压回路中采用的空气开关或接触器的额定电压值大于低压回路的工作电压等级，以便于在高海拔环境下可靠分断；
4）对高压变频器中的移相变压器、功率单元模块和开关电源采用降容使用方法，以保证正常散热以及温升。


2.根据权利要求1所述的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，其特征在于，在1.1）中，在海拔处于1000～4000m时，需要的电气间隙分别如下：
高压电路电压10kV，电气间隙实际取值时应≥182.4mm；
中间环节电路电压≤1000V，电气间隙实际取值时应≥10.8mm；
低压配电电路电压≤380V，电气间隙实际取值应≥4.05mm。


3.根据权利要求1所述的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，其特征在于，在1.2）中，低压电器包括空气开关、中继、接触器、按钮、指示灯、接线端子和电连接器，均使用额定电压690VAC或660VAC的型号，其中实际工作电压为220VAC或380VAC或24VDC。


4.根据权利要求1所述的用于高海拔地区的级联型高压变频器设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓霆，王博，王飞鹏，汪小梅，周智，薄晓坤，任涛，段艳利，高峰雷，周倞，罗仁俊，黄欢，邓飞，何健明，雷立，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43