高原地區(qū)電氣設(shè)備絕緣性研究

摘要：隨著海拔高度的遞增，高原大氣中的空氣密度不斷減小，空氣中的電子自由活動加劇，使電氣設(shè)備外絕緣的起始放電電壓不斷降低。文章從分析高原地區(qū)對電氣設(shè)備的影響入手，分析了現(xiàn)有的高原地區(qū)電氣設(shè)備現(xiàn)狀和海拔對外絕緣的影響，研究了高原地區(qū)電氣設(shè)備絕緣性，以期對我國高原地區(qū)電氣設(shè)備的研究做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：高原地區(qū)；電氣設(shè)備；絕緣性；海拔高度；空氣密度；放電電壓 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM852 文章編號：1009-2374（2015）23-0138-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.070

我國的高原地區(qū)非常廣闊，據(jù)調(diào)查，我國海拔在1000m以上的高原地區(qū)約占我國總面積的64%，在我國的西南地區(qū)及西北地區(qū)分布較多，高原地區(qū)往往儲存著十分豐富的水利資源和礦產(chǎn)資源。近年來，我國逐漸對西部地區(qū)資源進(jìn)行開發(fā)利用，因此，就需要充分保證高原地區(qū)現(xiàn)在運行的電氣設(shè)備的安全性及可靠性，這就要求我國科研人員加大對高原地區(qū)電氣設(shè)備的絕緣性能的研究。高原地區(qū)的大氣通常具有空氣壓力低、晝夜溫差大、溫度較低、空氣濕度小、紫外線輻射強(qiáng)的特點，導(dǎo)致高原地區(qū)的空氣容易產(chǎn)生電離現(xiàn)象，因此，高原地區(qū)對高壓電氣設(shè)備的外絕緣的電氣性能有重要的影響。

1 高原地區(qū)對電氣設(shè)備的影響

據(jù)科學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，高原地區(qū)對電氣設(shè)備的影響主要有以下四方面：

第一，由于高原地區(qū)的空氣氣壓較低，且低氣壓時的空氣密度也相對降低，導(dǎo)致空氣中的介電強(qiáng)度、空氣冷卻速度也會降低，從而引起電氣設(shè)備的絕緣耐壓強(qiáng)度降低，使一些需要經(jīng)空氣冷卻的電氣設(shè)備及電氣設(shè)備的零部件溫升更為明顯，且會發(fā)生滅弧困難的現(xiàn)象。

第二，高原地區(qū)的晝夜氣溫變化較大，從而會引起電氣設(shè)備的密封困難，且會發(fā)生電氣設(shè)備中的機(jī)械結(jié)構(gòu)變形或開裂的現(xiàn)象。

第三，高原地區(qū)的相對濕度較低，因此導(dǎo)致電氣設(shè)備的干弧放電電壓降低。

第四，高原地區(qū)的紫外線強(qiáng)度較大，容易引起戶外電氣設(shè)備的溫度明顯增高，在氧氣和水大量充足的環(huán)境下，會使電氣設(shè)備表層的有機(jī)絕緣材料加速老化，從而縮短電氣設(shè)備的使用壽命。

2 高原地區(qū)電氣設(shè)備的現(xiàn)狀

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，我國在高原地區(qū)的電力探索已經(jīng)逐步加快進(jìn)度，目前我國已經(jīng)建成了拉薩110kV電力線路、日喀則35kV電力線路和那曲35kV電力線路等。

2.1 高原地區(qū)的電氣設(shè)備的研究成果

受到我國科研機(jī)構(gòu)管理和人力財力的影響，目前對高原地區(qū)的電氣設(shè)備的研究還停留在開發(fā)、測算階段，現(xiàn)研究的結(jié)果主要有以下三點：（1）高原地區(qū)的低壓電氣設(shè)備可采用與平原地區(qū)相同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備；（2）高原地區(qū)的電氣設(shè)備需要使用經(jīng)過試驗研制的專用儀器，例如可以采用高原型變壓器、高原型真空斷路器等；（3）科研人員為了處理高海拔地區(qū)的電氣設(shè)備普遍存在的絕緣距離不夠的問題，并防止絕緣被擊穿，會采用將電壓等級相對較高的電氣設(shè)備應(yīng)用于低電壓等級的線路中，這是目前高原地區(qū)普遍采用的方法，例如將63kV電壓等級的電流互感器應(yīng)用于35kV的線路中。

2.2 高原地區(qū)電氣設(shè)備存在的缺陷

經(jīng)過對大量的高原地區(qū)使用的電氣設(shè)備和公高原地區(qū)的氣候分析，本文認(rèn)為，目前高原上采用的電氣設(shè)備普遍存在以下缺點：（1）在高海拔地區(qū)，應(yīng)用普通電氣設(shè)備，顯然不能夠解決電氣設(shè)備在高原的適用性問題，往往會導(dǎo)致高原地區(qū)的電力線路故障頻發(fā)多，致使產(chǎn)生供電可靠性低和供電質(zhì)量差等一系列問題；（2）目前高原地區(qū)廣泛采用高電壓等級和絕緣性的電氣設(shè)備接入相對較低等級的線路中，以便提高電氣設(shè)備的絕緣度，但是，科研人員發(fā)現(xiàn)，盲目地提高電氣設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，會使電氣設(shè)備的外絕緣跨度過大，高原地區(qū)的電力線路的兼容性能需要不斷提升才能夠保證供電可靠，因而使高原地區(qū)的電力工程建設(shè)費用相對提高，產(chǎn)生資金供應(yīng)問題；（3）目前，因我國的高原電氣設(shè)備的技術(shù)不能夠滿足現(xiàn)實中的供電需要，使得沒有完全解決所采用的高原型電氣設(shè)備的適用問題，容易產(chǎn)生事故隱患。

3 高原地區(qū)氣候?qū)﹄姎庠O(shè)備外絕緣的影響

3.1 干燥空氣下對電氣設(shè)備外絕緣強(qiáng)度的影響

海拔高度的升高對其大氣氣壓、溫度和濕度都有影響，一般成反比，即隨著海拔高度增加而下降，導(dǎo)致電氣設(shè)備外絕緣的放電電壓降低，因此較容易被擊穿。因此，科研人員為了制造能夠滿足高海拔地區(qū)的電氣設(shè)備，就必須提高電氣設(shè)備的絕緣水平。

科研人員在固定溫度（t）、絕對濕度（h）和氣壓（b）的條件下所得到的擊穿電壓的臨界值，并將此電壓值根據(jù)要求折算為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的電壓值。在干燥狀態(tài)下，當(dāng)溫度高于40℃時，電氣設(shè)備的外絕緣的試驗電壓=額定耐受電壓值*溫度校正系數(shù)（K），其中：

K=1+0.0033（t-4℃）

式中：

t——環(huán)境空氣溫度值，單位為℃

經(jīng)實驗測算可知，影響電氣絕緣的主要參數(shù)為氣壓、溫度和濕度。因此，我國普遍采用空氣密度和絕對濕度兩個參數(shù)來分析高原地區(qū)氣候?qū)﹄姎庠O(shè)備的外絕緣放電電壓的影響。

3.2 淋雨狀態(tài)下對外絕緣強(qiáng)度的影響

由于高原地區(qū)地貌開闊，其輸電線路和變電站大多暴露在復(fù)雜的大氣環(huán)境中，當(dāng)高原地區(qū)產(chǎn)生降雨時，其雨水電阻率、雨水酸度等環(huán)境因素都會對電氣設(shè)備的濕閃電壓有不同程度的影響。

為保證高原地區(qū)電氣設(shè)備能夠在雨天安全供電，必須保證電氣設(shè)備的濕閃電壓滿足其絕緣要求。實驗表明，雨水電阻率與濕閃電壓的關(guān)系較大，經(jīng)研究表明，濕閃電壓與雨水電阻率成正比趨勢，因此，必須增加電氣設(shè)備抗雨的能力，否則將極易因濕閃造成電氣設(shè)備的損壞。

3.3 高原地區(qū)對電氣設(shè)備的電氣間隙影響

所謂電氣間隙，是指存在電壓差的兩個導(dǎo)電物體之間的直接的空間距離，電氣間隙對設(shè)備的絕緣擊穿有著重要影響。

研究表明，大氣中的壓力、溫度和濕度都會影響空氣的密度、碰撞電離的多少及吸附效應(yīng)的嚴(yán)重與否等，因此，校正需要根據(jù)不同的情況進(jìn)行分析。

隨著海拔的增加，空氣會逐漸變得稀薄，氣壓降低，空氣密度減小，由此可知，在此情況下，同等的電壓等級下，擊穿的距離也相對減小，因此，高原地區(qū)的電氣設(shè)備的外絕緣更易被擊穿，必須對其影響參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，例如降低耐壓等級、增大電氣間隙等?，F(xiàn)根據(jù)GB/T 20626.1-2006文件，提供具體的電氣間隙擊穿距離折算表，以方便理解。

3.4 高原地區(qū)對電氣設(shè)備的爬電距離影響

所謂爬電距離，是指存在電壓差的兩個導(dǎo)體之間的絕緣表面的最短距離，根據(jù)要求，爬電距離不能小于電氣間隙。因為是在絕緣表面的導(dǎo)電現(xiàn)象，所以主要影響其爬電距離的就是空氣的電壓差、所處環(huán)境的污穢程度及電氣設(shè)備所使用的絕緣材料的耐泄痕指數(shù)。經(jīng)研究表明，在環(huán)境濕度較大的情況下，較容易出現(xiàn)相間沿絕緣表面導(dǎo)電的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

高原地區(qū)具有大氣壓力低、空氣溫度低且濕度較小、紫外線輻射強(qiáng)等特征，因此，高原地區(qū)的空氣容易產(chǎn)生電離現(xiàn)象，只是電氣設(shè)備的外絕緣被擊穿。本文從對高原地區(qū)的電氣設(shè)備現(xiàn)狀分析入手，重點分析高原地區(qū)的各項參數(shù)對電氣設(shè)備外絕緣的影響，以期對我國高原地區(qū)電氣設(shè)備研究做出貢獻(xiàn)。

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作者簡介：任新華（1983-），男，陜西寶雞人，四川省電力公司甘孜供電公司副主任，研究方向：高壓試驗。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint