浅谈高海拔地区牵引变电所设备选型

胡鹏飞（中铁武汉电气化局集团有限公司西安分公司，陕西西安 710000）

浅谈高海拔地区牵引变电所设备选型

胡鹏飞
（中铁武汉电气化局集团有限公司西安分公司，陕西西安 710000）

我国西部高海拔地区330kV牵引变电所运行经验较少，本文总结了高海拔对牵引变电所设备选型的影响，提出高海拔330kV牵引变电所设备选型的建议，并对牵引变电所的高压电气设备空气绝缘间隙等参数进行修正计算，给出了具体的图表解释，希望对今后高海拔地区牵引变电所的设计具有一定的参考意义。

高海拔 330kV牵引变电所 空气绝缘间隙

由于地域原因，西北地区高速铁路牵引变电所外部电源大部分只能选择330kV等级，且部分牵引变电所位于海拔3000m以上，目前国内外海拔大于3000m的330kV牵引变电所的设计、运行经验较少，因此高海拔地区330kV牵引变电所的设备选型，以及过电压与绝缘配合的研究对于我国高速铁路的安全可靠运行有着重要意义。

1 高海拔对设备选型的影响

1.1 对电气外绝缘介质强度影响：

随着海拔升高，大气压力或空气密度降低，空气的绝缘强度减弱，使电气外绝缘介质强度降低，但对内绝缘影响很小。外绝缘的放电电压也随之下降，相同放电电压对应的放电间隙则变大。

1.2 对电晕及放电电压的影响

高海拔低气压使高压电器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。

1.3 介质冷却效应降低，对产品温升的影响

空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低，对于以自然对流、强迫通风及空气散热为主要散热方式的高压电器设备，由于散热能力的下降，温升升高。

1.4 对于电气设备密封的影响

由于内外压力差的增大，气体或液体易从密封容器中泄露或泄露率增大，有密封要求的高压电器设备，会间接影响电气性能。

1.5 空气温度降低及温度变化增大的影响

（1）西北高原地区最低温度一般可达到零下30度，极低可达零下40度，因此电气设备需考虑低温的影响，特别是牵引变电所备用设备，GIS设备需考虑气体液化问题，操作机构等传动组件的润滑方式必须满足低温环境的要求，室外低压产品需考虑加热措施。

（2）较大的温度变化使环氧树脂浇注的产品，如电流、电压互感器、绝缘件等容易变形、龟裂，密封结构容易破裂。

1.6 紫外线辐射照度增加的影响

紫外线辐射随着海拔的升高会增加很快，紫外线引起有机绝缘材料的加速老化，使空气易于电离，导致外绝缘强度及电晕起始电压降低。

2 电气设备选型

2.1 330kV牵引变电所主要高压电气设备选择注意问题

（1）设备支柱尽量采用瓷外套，以降低紫外线的影响。

（2）西北高原地区冬夏以及昼夜温差较大，充油设备需充分考虑设备充油量以及膨胀器尺寸，需满足设备绝缘需求，避免少油或溢出现象。

（3）室外干式所用变压器以及干式电流互感器、电压互感器应充分考虑海拔以及昼夜温差的影响，防止局部放电导致设备爆炸的事故出现。

（4）SF6绝缘的设备应考虑高原地区极低温度的影响，必要时采取防止液化措施。

2.2 设备选型

330 kV主变压器单相油浸无励磁调压变压器，采用自然风冷方式，高海拔地区温度较低，绝缘油应考虑满足极低温度的要求；

330 kV断路器可采用SF6瓷柱式断路器（单断口），在大风地区、污秽地区、场坪受限，可以选用GIS配电装置，可室内或室外布置；

330 kV隔离开关采用GW7型三柱水平旋转式，隔离开关的主刀和推荐采用电动操作机构，且三相联动。

330 kV电流互感器可选用油绝缘或SF6气体绝缘电流互感器，寒冷地区建议采用油绝缘，避免SF6液化的问题。GIS设备则采用套管式电流互感器。

330 kV电压互感器应选用电容式电压互感器；GIS设备采用电磁式电压互感器。

27.5 kV室外电流、电压互感器建议采用油绝缘。

3 空气绝缘间隙修正

目前国标及电力系统相关标准均未给出高压空气绝缘间隙修正的通用公式，根据GB 1094.3—2003《电力变压器第3 部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》：“如果变压器在海拔高于1000m的地区运行时，其所需的空气间隙，应按每增加100m（对1000m 海拔而言），最小空气间隙加大1%来计算。

GB311.1-2012《绝缘配合 第1部分：定义、原则和规则》 对空气间隙的高海拔修正没有给出明确定义。

本文考虑到当电压等级较高、最小空气间隙距离较大时，单纯地按线性增加绝缘间隙或距离的方法并不能有效解决高海拔带来的问题，因此根据DL/T 5352—2006《高压配电装置设计技

术规程》给出的35kV～220kV 电压等级变电站，海拔大于1000m 时的A 值修正曲线（见图1）来确定高海拔地区变电站要求的最小相对地空气间隙和最小相间空气间隙。

表1 外空气绝缘间隙修正值

············

按照以上曲线进行修正结果如下表1。

避雷器外绝缘的要求不等同于其他高压电器，避雷器外绝缘瓷套同时也是安放电阻片的容器，避雷器用均压环除优化高压带电部分电场分布外，还有优化电阻片电压分布的作用。研究表明，电阻片是限压元件，对过电压的响应时间仅20ns。若对避雷器产品的最小空气间隙进行修正，会导致瓷套的危险断面的应力增加从而对避雷器的机械强度产生影响。考虑到避雷器产品的特殊性，对避雷器产品的最小空气间隙不做强制要求，但是避雷器瓷套外绝缘耐受电压值应满足规范修正值。

4 结语

通过查阅大量标准、规范，与国内有关设备制造厂商技术交流，高海拔地区330kV牵引变电所的设备选型以及相关参数的修正设计在不断的完善之中，为今后我国高原电气化铁路的工程建设给出参考方案。

［1］TB 10009-2005，铁路电力牵引供电设计规范［S］.铁路行业标准，2005.

［2］GB/ T20635—2006，特殊环境条件 高原用高压电器的技术要求［S］.中华人民共和国国家标准，2006.

［3］梁晨，李国宾.高原地区电气设备的选择要点.电气工程应用，2003年第01期.

［4］GB311.1-2012，绝缘配合 第1部分:定义、原则和规则.中华人民共和国国家标准，2012.

［5］GB 1094.3—2003，电力变压器第3 部分:绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙.中华人民共和国国家标准，2006.

［6］赵宇明等.高海拔地区外绝缘参数海拔修正方法研究.南方电网技术，2011（5）.

［7］DL/T 5352—2006.高压配电装置设计技术规程.电力行业标准，2006.