高原地區電氣設備絕緣性研究

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，使電氣設備外絕緣的起始放電電壓不斷降低。文章從分析高原地區對電氣設備的影響入手，分析了現有的高原地區電氣設備現狀和海拔對外絕緣的影響，研究了高原地區電氣設備絕緣性，以期對我國高原地區電氣設備的研究做出貢獻。

關鍵詞：高原地區；電氣設備；絕緣性；海拔高度；空氣密度；放電電壓 文獻標識碼：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

我國的高原地區非常廣闊，據調查，我國海拔在1000m以上的高原地區約占我國總面積的64%，在我國的西南地區及西北地區分布較多，高原地區往往儲存著十分豐富的水利資源和礦產資源。近年來，我國逐漸對西部地區資源進行開發利用，因此，就需要充分保證高原地區現在運行的電氣設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電氣設備的絕緣性能的研究。高原地區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、紫外線輻射強的特點，導致高原地區的空氣容易產生電離現象，因此，高原地區對高壓電氣設備的外絕緣的電氣性能有重要的影響。

1 高原地區對電氣設備的影響

據科學調查數據顯示，高原地區對電氣設備的影響主要有以下四方面：

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

第二，高原地區的晝夜氣溫變化較大，從而會引起電氣設備的密封困難，且會發生電氣設備中的機械結構變形或開裂的現象。

第三，高原地區的相對濕度較低，因此導致電氣設備的干弧放電電壓降低。

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

2 高原地區電氣設備的現狀

隨著我國電力事業的發展，我國在高原地區的電力探索已經逐步加快進度，目前我國已經建成了拉薩110kV電力線路、日喀則35kV電力線路和那曲35kV電力線路等。

2.1 高原地區的電氣設備的研究成果

受到我國科研機構管理和人力財力的影響，目前對高原地區的電氣設備的研究還停留在開發、測算階段，現研究的結果主要有以下三點：（1）高原地區的低壓電氣設備可采用與平原地區相同標準的設備；（2）高原地區的電氣設備需要使用經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的電氣設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備應用于低電壓等級的線路中，這是目前高原地區普遍采用的方法，例如將63kV電壓等級的電流互感器應用于35kV的線路中。

2.2 高原地區電氣設備存在的缺陷

經過對大量的高原地區使用的電氣設備和公高原地區的氣候分析，本文認為，目前高原上采用的電氣設備普遍存在以下缺點：（1）在高海拔地區，應用普通電氣設備，顯然不能夠解決電氣設備在高原的適用性問題，往往會導致高原地區的電力線路故障頻發多，致使產生供電可靠性低和供電質量差等一系列問題；（2）目前高原地區廣泛采用高電壓等級和絕緣性的電氣設備接入相對較低等級的線路中，以便提高電氣設備的絕緣度，但是，科研人員發現，盲目地提高電氣設備的標準，會使電氣設備的外絕緣跨度過大，高原地區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，因而使高原地區的電力工程建設費用相對提高，產生資金供應問題；（3）目前，因我國的高原電氣設備的技術不能夠滿足現實中的供電需要，使得沒有完全解決所采用的高原型電氣設備的適用問題，容易產生事故隱患。

3 高原地區氣候對電氣設備外絕緣的影響

3.1 干燥空氣下對電氣設備外絕緣強度的影響

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，導致電氣設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的電氣設備，就必須提高電氣設備的絕緣水平。

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，并將此電壓值根據要求折算為標準大氣條件下的電壓值。在干燥狀態下，當溫度高于40℃時，電氣設備的外絕緣的試驗電壓=額定耐受電壓值*溫度校正系數（K），其中：

K=1+0.0033（t-4℃）

式中：

t——環境空氣溫度值，單位為℃

經實驗測算可知，影響電氣絕緣的主要參數為氣壓、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來分析高原地區氣候對電氣設備的外絕緣放電電壓的影響。

3.2 淋雨狀態下對外絕緣強度的影響

由于高原地區地貌開闊，其輸電線路和變電站大多暴露在復雜的大氣環境中，當高原地區產生降雨時，其雨水電阻率、雨水酸度等環境因素都會對電氣設備的濕閃電壓有不同程度的影響。

為保證高原地區電氣設備能夠在雨天安全供電，必須保證電氣設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系較大，經研究表明，濕閃電壓與雨水電阻率成正比趨勢，因此，必須增加電氣設備抗雨的能力，否則將極易因濕閃造成電氣設備的損壞。

3.3 高原地區對電氣設備的電氣間隙影響

所謂電氣間隙，是指存在電壓差的兩個導電物體之間的直接的空間距離，電氣間隙對設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的嚴重與否等，因此，校正需要根據不同的情況進行分析。

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，高原地區的電氣設備的外絕緣更易被擊穿，必須對其影響參數進行調整，例如降低耐壓等級、增大電氣間隙等。現根據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 高原地區對電氣設備的爬電距離影響

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

4 結語

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

參考文獻

[1] 宋紅兵.高原地區增加電氣外絕緣強度的方法[J].石油工程建設，1995，（6）.

[2] 周瓊芳.試論高原對高壓電器設備外絕緣的影響[A].云南電力裝備制造業振興與創新論壇論文集[C].2007.

[3] 梁晨，李國賓.高原地區電氣設備的選擇要點——記日喀則“上海廣場”電氣設計[J].電氣工程應用，2003，（1）.

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。

（責任編輯：蔣建華）endprint