淺談高海拔地區牽引變電所設備選型

胡鵬飛（中鐵武漢電氣化局集團有限公司西安分公司，陜西西安 710000）

淺談高海拔地區牽引變電所設備選型

胡鵬飛
（中鐵武漢電氣化局集團有限公司西安分公司，陜西西安 710000）

我國西部高海拔地區330kV牽引變電所運行經驗較少，本文總結了高海拔對牽引變電所設備選型的影響，提出高海拔330kV牽引變電所設備選型的建議，并對牽引變電所的高壓電氣設備空氣絕緣間隙等參數進行修正計算，給出了具體的圖表解釋，希望對今后高海拔地區牽引變電所的設計具有一定的參考意義。

高海拔 330kV牽引變電所 空氣絕緣間隙

由于地域原因，西北地區高速鐵路牽引變電所外部電源大部分只能選擇330kV等級，且部分牽引變電所位于海拔3000m以上，目前國內外海拔大于3000m的330kV牽引變電所的設計、運行經驗較少，因此高海拔地區330kV牽引變電所的設備選型，以及過電壓與絕緣配合的研究對于我國高速鐵路的安全可靠運行有著重要意義。

1 高海拔對設備選型的影響

1.1 對電氣外絕緣介質強度影響：

隨著海拔升高，大氣壓力或空氣密度降低，空氣的絕緣強度減弱，使電氣外絕緣介質強度降低，但對內絕緣影響很小。外絕緣的放電電壓也隨之下降，相同放電電壓對應的放電間隙則變大。

1.2 對電暈及放電電壓的影響

高海拔低氣壓使高壓電器的局部放電起始電壓降低，電暈起始電壓降低，電暈腐蝕嚴重。

1.3 介質冷卻效應降低，對產品溫升的影響

空氣壓力或空氣密度的降低引起空氣介質冷卻效應的降低，對于以自然對流、強迫通風及空氣散熱為主要散熱方式的高壓電器設備，由于散熱能力的下降，溫升升高。

1.4 對于電氣設備密封的影響

由于內外壓力差的增大，氣體或液體易從密封容器中泄露或泄露率增大，有密封要求的高壓電器設備，會間接影響電氣性能。

1.5 空氣溫度降低及溫度變化增大的影響

（1）西北高原地區最低溫度一般可達到零下30度，極低可達零下40度，因此電氣設備需考慮低溫的影響，特別是牽引變電所備用設備，GIS設備需考慮氣體液化問題，操作機構等傳動組件的潤滑方式必須滿足低溫環境的要求，室外低壓產品需考慮加熱措施。

（2）較大的溫度變化使環氧樹脂澆注的產品，如電流、電壓互感器、絕緣件等容易變形、龜裂，密封結構容易破裂。

1.6 紫外線輻射照度增加的影響

紫外線輻射隨著海拔的升高會增加很快，紫外線引起有機絕緣材料的加速老化，使空氣易于電離，導致外絕緣強度及電暈起始電壓降低。

2 電氣設備選型

2.1 330kV牽引變電所主要高壓電氣設備選擇注意問題

（1）設備支柱盡量采用瓷外套，以降低紫外線的影響。

（2）西北高原地區冬夏以及晝夜溫差較大，充油設備需充分考慮設備充油量以及膨脹器尺寸，需滿足設備絕緣需求，避免少油或溢出現象。

（3）室外干式所用變壓器以及干式電流互感器、電壓互感器應充分考慮海拔以及晝夜溫差的影響，防止局部放電導致設備爆炸的事故出現。

（4）SF6絕緣的設備應考慮高原地區極低溫度的影響，必要時采取防止液化措施。

2.2 設備選型

330 kV主變壓器單相油浸無勵磁調壓變壓器，采用自然風冷方式，高海拔地區溫度較低，絕緣油應考慮滿足極低溫度的要求；

330 kV斷路器可采用SF6瓷柱式斷路器（單斷口），在大風地區、污穢地區、場坪受限，可以選用GIS配電裝置，可室內或室外布置；

330 kV隔離開關采用GW7型三柱水平旋轉式，隔離開關的主刀和推薦采用電動操作機構，且三相聯動。

330 kV電流互感器可選用油絕緣或SF6氣體絕緣電流互感器，寒冷地區建議采用油絕緣，避免SF6液化的問題。GIS設備則采用套管式電流互感器。

330 kV電壓互感器應選用電容式電壓互感器；GIS設備采用電磁式電壓互感器。

27.5 kV室外電流、電壓互感器建議采用油絕緣。

3 空氣絕緣間隙修正

目前國標及電力系統相關標準均未給出高壓空氣絕緣間隙修正的通用公式，根據GB 1094.3—2003《電力變壓器第3 部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》：“如果變壓器在海拔高于1000m的地區運行時，其所需的空氣間隙，應按每增加100m（對1000m 海拔而言），最小空氣間隙加大1%來計算。

GB311.1-2012《絕緣配合 第1部分：定義、原則和規則》 對空氣間隙的高海拔修正沒有給出明確定義。

本文考慮到當電壓等級較高、最小空氣間隙距離較大時，單純地按線性增加絕緣間隙或距離的方法并不能有效解決高海拔帶來的問題，因此根據DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設計技

術規程》給出的35kV～220kV 電壓等級變電站，海拔大于1000m 時的A 值修正曲線（見圖1）來確定高海拔地區變電站要求的最小相對地空氣間隙和最小相間空氣間隙。

表1 外空氣絕緣間隙修正值

············

按照以上曲線進行修正結果如下表1。

避雷器外絕緣的要求不等同于其他高壓電器，避雷器外絕緣瓷套同時也是安放電阻片的容器，避雷器用均壓環除優化高壓帶電部分電場分布外，還有優化電阻片電壓分布的作用。研究表明，電阻片是限壓元件，對過電壓的響應時間僅20ns。若對避雷器產品的最小空氣間隙進行修正，會導致瓷套的危險斷面的應力增加從而對避雷器的機械強度產生影響。考慮到避雷器產品的特殊性，對避雷器產品的最小空氣間隙不做強制要求，但是避雷器瓷套外絕緣耐受電壓值應滿足規范修正值。

4 結語

通過查閱大量標準、規范，與國內有關設備制造廠商技術交流，高海拔地區330kV牽引變電所的設備選型以及相關參數的修正設計在不斷的完善之中，為今后我國高原電氣化鐵路的工程建設給出參考方案。

［1］TB 10009-2005，鐵路電力牽引供電設計規范［S］.鐵路行業標準，2005.

［2］GB/ T20635—2006，特殊環境條件 高原用高壓電器的技術要求［S］.中華人民共和國國家標準，2006.

［3］梁晨，李國賓.高原地區電氣設備的選擇要點.電氣工程應用，2003年第01期.

［4］GB311.1-2012，絕緣配合 第1部分:定義、原則和規則.中華人民共和國國家標準，2012.

［5］GB 1094.3—2003，電力變壓器第3 部分:絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙.中華人民共和國國家標準，2006.

［6］趙宇明等.高海拔地區外絕緣參數海拔修正方法研究.南方電網技術，2011（5）.

［7］DL/T 5352—2006.高壓配電裝置設計技術規程.電力行業標準，2006.