高压开关成套设备使用于高海拔地区的技术探讨

2013-10-16陈剑康

机电信息 2013年12期

关键词：成套设备海拔修正

陈剑康

1 高海拔地区气候条件对高压开关成套设备的影响

1.1 空气压力或空气密度降低的影响

（1）影响绝缘介质强度：首先外绝缘强度会伴随空气压力或空气密度的降低而降低；此外低气压会使输配电设备的外绝缘性能下降，这种情况会直接导致绝缘击穿或闪络等破坏性放电事故。

（2）影响电气间隙击穿电压：击穿电压会随空气压力的降低而下降，而产品的电气间隙设计完后便已固定，为了确保其耐击穿能力，必须增大电气间隙。对电气间隙的修正如表1所示。

表1 电气间隙的修正参照表

（3）影响电晕及放电电压：使高压电机的局部放电起始电压降低、电晕起始电压降低，电晕腐蚀严重；使电力电容器内部气压下降，导致局部放电起始电压降低；使避雷器内腔电压降低，导致工频放电电压降低。

电晕和无线电干扰是高海拔输配电的又一突出问题，特别是超高压输电。电气设备和线路导线的起晕电压会随海拔的升高而降低，还受湿度的影响，在一定湿度范围内，湿度越大，起晕电压越低。电晕不但增加电能损耗，而且会加速绝缘老化。

（4）影响开关电器灭弧性能：会使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低，通断能力下降，寿命缩短。

（5）影响介质冷却效应：会引起空气介质冷却效应的降低。对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力的下降，温升增加。

（6）影响产品机械结构及密封性能：会使低密度、低浓度、多孔性材料发生物理和化学变化；加速润滑剂的蒸发和塑料制品中增塑剂的挥发；内外压力差变大会使得密封容器内气体或液体泄露概率增大，从而间接影响到电气性能；受压容器所承受压力的变化易引起受压容器破裂。

1.2 空气温度降低及温度变化（包括日温差）增大的影响

（1）高原环境空气温度对产品温升的补偿：平均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低，而电工绝缘材料的热老化寿命决定于平均空气温度。

（2）日温差或温度变化对产品结构的影响：高原空气温度的日温差大，较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂，密封结构容易破裂。

1.3 空气绝对湿度减小的影响

（1）绝对湿度对外绝缘强度的影响：平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，电工产品的外绝缘强度降低，因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。

（2）绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响：绝对湿度的降低使换向器电机的换向火花增大，同时使电机炭刷的磨损率增加。

1.4 太阳辐射照度（包括紫外线辐射照度）增加的影响

海拔5 000 m时最大太阳辐射度为低海拔时相应值的1.25倍，热辐射对物体起加热作用。对于户外用电工产品，太阳热辐射的增加会引起较大的表面附加温升，降低有机绝缘材料的材质性能，使材料变形，产生机械热应力等。而紫外线辐射照度随海拔升高的增加率比太阳总辐射照度的增加率大得多，海拔3 000 m时已达低海拔时相应值的2倍，其导致的后果更为严重。

从上述几大影响可以看出，对使用于高海拔地区的高压开关成套设备的设计应该能减低这些影响。

2 应用于高海拔地区的高压成套开关设备设计和制造的注意要点

2.1 开关器件和控制器件的选型

高海拔地区高压开关成套设备开关器件的选型很重要，不过目前已经研制出了相应的专用电气设备，如高原型变压器、高原型真空断路器等，其对于柜内导体间、导体对地间的空气间隙按高海拔地区绝缘距离要求处理。而对于控制器件，一般为电子器件，弱电控制，可靠性较高，受海拔高度的影响较小，容易解决高海拔的影响问题。

2.2 一次、二次线路的布置和导体的防护措施

高海拔地区的成套设备对一次、二次线路的布置要求较高，整个母线系统要进行重新设计。电气间隙和爬电距离必须按照高海拔的修正系数进行修正，整个空间布置要遵循合理、美观、母排最短的设计原则，考虑温升散热情况，合理布局设计。

2.3 采用不同结构设计

高海拔地区高压开关成套设备开关柜结构设计的关键在于布置有足够的空间位置来进行母线系统的安装，因上述电气间隙、爬电距离和隔离距离等尺寸参数需要根据海拔修正系数进行修正，故有别于常规产品。在结构尺寸链关系上要考虑和预留出基于海拔因素下的更大些的尺寸，所以整个结构要作重新的设计。在对选联母排四周的装配零件进行干涉检查时，均应按修正后的数据进行。设计仿真模拟时也必须保证相应电气间隙、爬电距离的尺寸，同时也要关注到飞弧距离受海拔因素的影响，布置器件安装位置时也应该适当考虑。总之，其结构设计一定要综合考虑尺寸链关系变化的情形，设计出符合修正值要求的结构。