關于高海拔環境下高低壓成套開關設備的設計探討

摘 要：我國幅員遼闊，山地分布廣泛，高海拔環境下對高低壓電氣設備的要求也比較特殊。基于此，文章從高海拔環境對高低壓成套開關設備的要求入手，對高海拔環境對高低壓成套開關設備的影響及設計要點進行了探討。

關鍵詞：高海拔；高低壓電氣；成套開關

自我國實行改革開放以來，國民經濟取得了飛速發展，電力需求猛增。近年來，我國正處于由重經濟增長向重經濟和環境保護協調發展轉變的關鍵時期，國家先后投入大量資金和先進技術，淘汰了一些不符合上述發展要求的電力設備和電廠，同時，積極扶持農村電網建設和改造。由此可以預見，對高低壓開關設備的需求將不斷增長。我國大多數農村位于高海拔地區，高海拔地區對高低壓電氣設備的要求也比較特殊。從目前來看，雖然高低壓電氣設備在我國高海拔電力工程中已經得到了較為廣泛的應用，但尚未實現安全使用。因此，對高低壓電氣設備的設計進行研究，確保設備使用安全就十分必要。

1 高海拔環境對高低壓成套開關設備的特殊要求

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，國家加大了對西部地區的開發力度，并取得了一系列矚目成績。能夠適應高海拔環境下的高低壓成套開關成為支持西部大開發的重要內容。眾所周知，我國幅員遼闊，氣候差異明顯，其中，海拔超過2000m以上的地區占到了我國總領土面積的30%以上，而海拔超過1000m的地區占到了總領土面積的一半以上。電力作為一項基礎的民生工程，無論是對促進我國經濟發展，還是提高人民生活水平店都有著十分重要的意義。在高海拔地區，由于地形相對復雜，氣候也較為惡劣，因此，需要大量高低壓成套開關設備配套使用，同時，惡劣的自然環境也會對成套開關設備產生影響。導致其自身功能無法得到充分發揮，縮短使用壽命。根據國家相關標準，高、低壓成套開關設備分別適用的正常海拔為的1000m以下和2000m以下[1]。一旦超過這一標準，就需要對成套開關設備進行重新設計和試驗。在設計環節就要充分考慮高海拔環境對高低壓成套開關設備的影響。

2 高海拔環境下對高低壓成套開關設備的影響及設計要點

2.1 影響

隨著海拔高度不斷上升，低氣壓和缺氧現象越來越嚴重。大氣含氧量和大氣壓力均為平原地區的60%左右。由于海拔較高，因此，陽光輻射更強，日照時間較平原也要更長一些，屬于高紫外線輻射區域。平均氣溫低、日差大，年均氣溫在0℃以下，極端高溫為25～26℃，極端低溫為-45～-36℃，海拔4500m以上區域夏季最高氣溫低于0℃，一天中的最大溫差達22℃；相對濕度小、風速大。正是由于高海拔地區存在上述氣候特點，因此，高低壓成套開關設備在運行過程中也會受到許多不利因素影響。

2.1.1 絕緣介質強度

高低壓成套開關設備受到的最大不利影響來自于空氣密度或者是空氣壓力。在海拔較高的地區，海拔高度不斷升高，平均空氣密度和大氣壓也會不斷下降，進而導致高低壓成套開關設備的外絕緣強度降低。據測算，平均氣壓每降低7.7～10.5kPa，外絕緣強度就會下降8%～13%。由此不難看出，空氣密度或空氣壓力對高低壓成套開關設備的影響非常大。具體表現在：高低壓成套開關設備的散熱隨著海拔的上升而越來越差，絕緣強度隨之變弱。在這種情況下，高低壓成套開關設備很容易發生絕緣擊穿事故。

由于高海拔地區自然環境相對惡劣，空氣密度的下降又會導致熱傳遞速度下降，外絕緣受到空氣密度降低的影響而越來越小。這樣一來，原本適當的絕緣距離也會縮短，進而影響到絕緣強度。

2.1.2 電暈及放電電壓

從目前來看，在高海拔輸配電中，最需要解決的就是電暈和無線電干擾的問題。隨著海拔不斷升高，起暈電壓也會不斷降低，所以對高海拔地區來說，不建議采用適用于低海拔的一些絕緣子和導線產品。除此之外，電暈會使絕緣的老化速度加快，并且無線電干擾以及線損強度也會增加。嚴重時線路可能出現電暈舞動，嚴重威脅輸配電穩定以及工作人員生命安全。

2.1.3 電氣間隙擊穿電壓

電氣間隙主要和設備使用環境有關，與老化現象并沒有關系。同一種電氣設備運行在不同環境下產生的電壓也是不相同。電氣間隙參數是針對開關設備絕緣性來說的。所以在對成套開關設備進行設計時應當充分考慮運行環境，比如氣壓、空氣密度等。電氣間隙的設定要符合環境要求，為高低壓成套開關設備的穩定運行提供保障。

2.1.4 介質冷卻效應

受到空氣密度或空氣壓力降低的影響，空氣介質冷卻效應也會隨之下降。一般來說，大多數電氣設備都是通過安裝空氣散熱器或者是借助強迫通風和自然對流實現散熱的。但是由于高海拔地區海拔通常較高，受到空氣密度降低的影響，散熱能力也會越來越差，而設備溫度將持續上升，嚴重影響電氣設備使用壽命。據計算，氣壓每降低7.7～10.5kPa，溫度就會升高3℃～10℃。此外，由于溫度隨著海拔的升高而不斷降低，所以，電氣設備運行溫度也會增加。由于電氣設備運行溫度和運行環境溫度存在較大差別，所以電氣設備很容易出現外殼變形、破裂等情況[2]。

2.2 設計要點

第一，在設計時要確保外絕緣強度裕度足夠大，這樣一來，才能夠彌補由于空氣密度下降導致的外絕緣強度下降的問題，為高低壓成套開關設備在高海拔環境下穩定運行提供了保障。

第二，在生產高低壓成套開關設備時，要對溫度變化帶來的影響進行充分考慮，確保高低壓成套開關設備能夠適應惡劣天氣。

第三，由于高海拔環境下空氣介質冷卻效應也會隨之降低，所以，在設計過程中需要對陣容系數進行重點考慮，根據高低壓成套開關設備的工作環境設計高低壓成套開關設備。

第四，在高低壓成套開關設備元器件的選擇上，應當選擇耐受溫差范圍大的產品，并且要對電氣間隙、爬電距離等進行充分考慮。

3 結束語

在電力工程中高低壓成套開關設備占據著十分重要的地位，它的性能直接關系到能否實現穩定配送點以及居民用電安全、穩定。從目前來看，我國高低壓成套開關設備生產企業眾多，已超過兩萬家。隨著社會的不斷發展，對高低壓成套開關設備的要求也越來越高。企業必須明確設計方向，生產出滿足實際工作需求的高低壓成套開關設備。

參考文獻

[1]潘耀坤，陳堅祖.高海拔環境下高低壓成套開關設備的設計與應用探析[J].機電信息，2015（21）.

[2]張吉利.淺談高低壓成套開關設備在高海拔環境的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013（22）.

作者簡介：丁紅志（1982-），女，漢族，本科，寧夏銀川市人，工作單位：寧夏力成電氣集團公司，主要從事高低壓成套開關設備技術設計。