关于高海拔环境下高低压成套开关设备的设计探讨

摘 要：我国幅员辽阔，山地分布广泛，高海拔环境下对高低压电气设备的要求也比较特殊。基于此，文章从高海拔环境对高低压成套开关设备的要求入手，对高海拔环境对高低压成套开关设备的影响及设计要点进行了探讨。

关键词：高海拔；高低压电气；成套开关

自我国实行改革开放以来，国民经济取得了飞速发展，电力需求猛增。近年来，我国正处于由重经济增长向重经济和环境保护协调发展转变的关键时期，国家先后投入大量资金和先进技术，淘汰了一些不符合上述发展要求的电力设备和电厂，同时，积极扶持农村电网建设和改造。由此可以预见，对高低压开关设备的需求将不断增长。我国大多数农村位于高海拔地区，高海拔地区对高低压电气设备的要求也比较特殊。从目前来看，虽然高低压电气设备在我国高海拔电力工程中已经得到了较为广泛的应用，但尚未实现安全使用。因此，对高低压电气设备的设计进行研究，确保设备使用安全就十分必要。

1 高海拔环境对高低压成套开关设备的特殊要求

近年来，随着我国社会经济的快速发展，国家加大了对西部地区的开发力度，并取得了一系列瞩目成绩。能够适应高海拔环境下的高低压成套开关成为支持西部大开发的重要内容。众所周知，我国幅员辽阔，气候差异明显，其中，海拔超过2000m以上的地区占到了我国总领土面积的30%以上，而海拔超过1000m的地区占到了总领土面积的一半以上。电力作为一项基础的民生工程，无论是对促进我国经济发展，还是提高人民生活水平店都有着十分重要的意义。在高海拔地区，由于地形相对复杂，气候也较为恶劣，因此，需要大量高低压成套开关设备配套使用，同时，恶劣的自然环境也会对成套开关设备产生影响。导致其自身功能无法得到充分发挥，缩短使用寿命。根据国家相关标准，高、低压成套开关设备分别适用的正常海拔为的1000m以下和2000m以下[1]。一旦超过这一标准，就需要对成套开关设备进行重新设计和试验。在设计环节就要充分考虑高海拔环境对高低压成套开关设备的影响。

2 高海拔环境下对高低压成套开关设备的影响及设计要点

2.1 影响

随着海拔高度不断上升，低气压和缺氧现象越来越严重。大气含氧量和大气压力均为平原地区的60%左右。由于海拔较高，因此，阳光辐射更强，日照时间较平原也要更长一些，属于高紫外线辐射区域。平均气温低、日差大，年均气温在0℃以下，极端高温为25～26℃，极端低温为-45～-36℃，海拔4500m以上区域夏季最高气温低于0℃，一天中的最大温差达22℃；相对湿度小、风速大。正是由于高海拔地区存在上述气候特点，因此，高低压成套开关设备在运行过程中也会受到许多不利因素影响。

2.1.1 绝缘介质强度

高低压成套开关设备受到的最大不利影响来自于空气密度或者是空气压力。在海拔较高的地区，海拔高度不断升高，平均空气密度和大气压也会不断下降，进而导致高低压成套开关设备的外绝缘强度降低。据测算，平均气压每降低7.7～10.5kPa，外绝缘强度就会下降8%～13%。由此不难看出，空气密度或空气压力对高低压成套开关设备的影响非常大。具体表现在：高低压成套开关设备的散热随着海拔的上升而越来越差，绝缘强度随之变弱。在这种情况下，高低压成套开关设备很容易发生绝缘击穿事故。

由于高海拔地区自然环境相对恶劣，空气密度的下降又会导致热传递速度下降，外绝缘受到空气密度降低的影响而越来越小。这样一来，原本适当的绝缘距离也会缩短，进而影响到绝缘强度。

2.1.2 电晕及放电电压

从目前来看，在高海拔输配电中，最需要解决的就是电晕和无线电干扰的问题。随着海拔不断升高，起晕电压也会不断降低，所以对高海拔地区来说，不建议采用适用于低海拔的一些绝缘子和导线产品。除此之外，电晕会使绝缘的老化速度加快，并且无线电干扰以及线损强度也会增加。严重时线路可能出现电晕舞动，严重威胁输配电稳定以及工作人员生命安全。

2.1.3 电气间隙击穿电压

电气间隙主要和设备使用环境有关，与老化现象并没有关系。同一种电气设备运行在不同环境下产生的电压也是不相同。电气间隙参数是针对开关设备绝缘性来说的。所以在对成套开关设备进行设计时应当充分考虑运行环境，比如气压、空气密度等。电气间隙的设定要符合环境要求，为高低压成套开关设备的稳定运行提供保障。

2.1.4 介质冷却效应

受到空气密度或空气压力降低的影响，空气介质冷却效应也会随之下降。一般来说，大多数电气设备都是通过安装空气散热器或者是借助强迫通风和自然对流实现散热的。但是由于高海拔地区海拔通常较高，受到空气密度降低的影响，散热能力也会越来越差，而设备温度将持续上升，严重影响电气设备使用寿命。据计算，气压每降低7.7～10.5kPa，温度就会升高3℃～10℃。此外，由于温度随着海拔的升高而不断降低，所以，电气设备运行温度也会增加。由于电气设备运行温度和运行环境温度存在较大差别，所以电气设备很容易出现外壳变形、破裂等情况[2]。

2.2 设计要点

第一，在设计时要确保外绝缘强度裕度足够大，这样一来，才能够弥补由于空气密度下降导致的外绝缘强度下降的问题，为高低压成套开关设备在高海拔环境下稳定运行提供了保障。

第二，在生产高低压成套开关设备时，要对温度变化带来的影响进行充分考虑，确保高低压成套开关设备能够适应恶劣天气。

第三，由于高海拔环境下空气介质冷却效应也会随之降低，所以，在设计过程中需要对阵容系数进行重点考虑，根据高低压成套开关设备的工作环境设计高低压成套开关设备。

第四，在高低压成套开关设备元器件的选择上，应当选择耐受温差范围大的产品，并且要对电气间隙、爬电距离等进行充分考虑。

3 结束语

在电力工程中高低压成套开关设备占据着十分重要的地位，它的性能直接关系到能否实现稳定配送点以及居民用电安全、稳定。从目前来看，我国高低压成套开关设备生产企业众多，已超过两万家。随着社会的不断发展，对高低压成套开关设备的要求也越来越高。企业必须明确设计方向，生产出满足实际工作需求的高低压成套开关设备。

参考文献

[1]潘耀坤，陈坚祖.高海拔环境下高低压成套开关设备的设计与应用探析[J].机电信息，2015（21）.

[2]张吉利.浅谈高低压成套开关设备在高海拔环境的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（22）.

作者简介：丁红志（1982-），女，汉族，本科，宁夏银川市人，工作单位：宁夏力成电气集团公司，主要从事高低压成套开关设备技术设计。