高壓開關(guān)成套設(shè)備使用于高海拔地區(qū)的技術(shù)探討

陳劍康

1 高海拔地區(qū)氣候條件對高壓開關(guān)成套設(shè)備的影響

1.1 空氣壓力或空氣密度降低的影響

（1）影響絕緣介質(zhì)強(qiáng)度：首先外絕緣強(qiáng)度會伴隨空氣壓力或空氣密度的降低而降低；此外低氣壓會使輸配電設(shè)備的外絕緣性能下降，這種情況會直接導(dǎo)致絕緣擊穿或閃絡(luò)等破壞性放電事故。

（2）影響電氣間隙擊穿電壓：擊穿電壓會隨空氣壓力的降低而下降，而產(chǎn)品的電氣間隙設(shè)計(jì)完后便已固定，為了確保其耐擊穿能力，必須增大電氣間隙。對電氣間隙的修正如表1所示。

表1 電氣間隙的修正參照表

（3）影響電暈及放電電壓：使高壓電機(jī)的局部放電起始電壓降低、電暈起始電壓降低，電暈腐蝕嚴(yán)重；使電力電容器內(nèi)部氣壓下降，導(dǎo)致局部放電起始電壓降低；使避雷器內(nèi)腔電壓降低，導(dǎo)致工頻放電電壓降低。

電暈和無線電干擾是高海拔輸配電的又一突出問題，特別是超高壓輸電。電氣設(shè)備和線路導(dǎo)線的起暈電壓會隨海拔的升高而降低，還受濕度的影響，在一定濕度范圍內(nèi)，濕度越大，起暈電壓越低。電暈不但增加電能損耗，而且會加速絕緣老化。

（4）影響開關(guān)電器滅弧性能：會使空氣介質(zhì)滅弧的開關(guān)電器滅弧性能降低，通斷能力下降，壽命縮短。

（5）影響介質(zhì)冷卻效應(yīng)：會引起空氣介質(zhì)冷卻效應(yīng)的降低。對于以自然對流、強(qiáng)迫通風(fēng)或空氣散熱器為主要散熱方式的電工產(chǎn)品，由于散熱能力的下降，溫升增加。

（6）影響產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)及密封性能：會使低密度、低濃度、多孔性材料發(fā)生物理和化學(xué)變化；加速潤滑劑的蒸發(fā)和塑料制品中增塑劑的揮發(fā)；內(nèi)外壓力差變大會使得密封容器內(nèi)氣體或液體泄露概率增大，從而間接影響到電氣性能；受壓容器所承受壓力的變化易引起受壓容器破裂。

1.2 空氣溫度降低及溫度變化（包括日溫差）增大的影響

（1）高原環(huán)境空氣溫度對產(chǎn)品溫升的補(bǔ)償：平均空氣溫度和最高空氣溫度均隨海拔升高而降低，而電工絕緣材料的熱老化壽命決定于平均空氣溫度。

（2）日溫差或溫度變化對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響：高原空氣溫度的日溫差大，較大的溫度變化使產(chǎn)品外殼容易變形、龜裂，密封結(jié)構(gòu)容易破裂。

1.3 空氣絕對濕度減小的影響

（1）絕對濕度對外絕緣強(qiáng)度的影響：平均絕對濕度隨海拔升高而降低。絕對濕度降低時，電工產(chǎn)品的外絕緣強(qiáng)度降低，因此要考慮工頻放電電壓與沖擊閃絡(luò)電壓的濕度修正。

（2）絕對濕度對電機(jī)換向及炭刷磨損的影響：絕對濕度的降低使換向器電機(jī)的換向火花增大，同時使電機(jī)炭刷的磨損率增加。

1.4 太陽輻射照度（包括紫外線輻射照度）增加的影響

海拔5 000 m時最大太陽輻射度為低海拔時相應(yīng)值的1.25倍，熱輻射對物體起加熱作用。對于戶外用電工產(chǎn)品，太陽熱輻射的增加會引起較大的表面附加溫升，降低有機(jī)絕緣材料的材質(zhì)性能，使材料變形，產(chǎn)生機(jī)械熱應(yīng)力等。而紫外線輻射照度隨海拔升高的增加率比太陽總輻射照度的增加率大得多，海拔3 000 m時已達(dá)低海拔時相應(yīng)值的2倍，其導(dǎo)致的后果更為嚴(yán)重。

從上述幾大影響可以看出，對使用于高海拔地區(qū)的高壓開關(guān)成套設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)該能減低這些影響。

2 應(yīng)用于高海拔地區(qū)的高壓成套開關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的注意要點(diǎn)

2.1 開關(guān)器件和控制器件的選型

高海拔地區(qū)高壓開關(guān)成套設(shè)備開關(guān)器件的選型很重要，不過目前已經(jīng)研制出了相應(yīng)的專用電氣設(shè)備，如高原型變壓器、高原型真空斷路器等，其對于柜內(nèi)導(dǎo)體間、導(dǎo)體對地間的空氣間隙按高海拔地區(qū)絕緣距離要求處理。而對于控制器件，一般為電子器件，弱電控制，可靠性較高，受海拔高度的影響較小，容易解決高海拔的影響問題。

2.2 一次、二次線路的布置和導(dǎo)體的防護(hù)措施

高海拔地區(qū)的成套設(shè)備對一次、二次線路的布置要求較高，整個母線系統(tǒng)要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。電氣間隙和爬電距離必須按照高海拔的修正系數(shù)進(jìn)行修正，整個空間布置要遵循合理、美觀、母排最短的設(shè)計(jì)原則，考慮溫升散熱情況，合理布局設(shè)計(jì)。

2.3 采用不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高海拔地區(qū)高壓開關(guān)成套設(shè)備開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于布置有足夠的空間位置來進(jìn)行母線系統(tǒng)的安裝，因上述電氣間隙、爬電距離和隔離距離等尺寸參數(shù)需要根據(jù)海拔修正系數(shù)進(jìn)行修正，故有別于常規(guī)產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)尺寸鏈關(guān)系上要考慮和預(yù)留出基于海拔因素下的更大些的尺寸，所以整個結(jié)構(gòu)要作重新的設(shè)計(jì)。在對選聯(lián)母排四周的裝配零件進(jìn)行干涉檢查時，均應(yīng)按修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行。設(shè)計(jì)仿真模擬時也必須保證相應(yīng)電氣間隙、爬電距離的尺寸，同時也要關(guān)注到飛弧距離受海拔因素的影響，布置器件安裝位置時也應(yīng)該適當(dāng)考慮。總之，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要綜合考慮尺寸鏈關(guān)系變化的情形，設(shè)計(jì)出符合修正值要求的結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

高壓開關(guān)成套設(shè)備處于整個電力系統(tǒng)的尾端，其使用環(huán)境多樣。本文討論了高海拔地區(qū)氣候條件對高壓開關(guān)成套設(shè)備的影響，指明了其設(shè)計(jì)和制造的幾個關(guān)鍵點(diǎn)，以期對產(chǎn)品的順利開發(fā)和設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

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