高海拔环境对电气试验设备电场及绝缘影响研究

国网江苏省电力有限公司建湖县供电分公司 韩 晗

近年来我国加大了对西部地区建设力度，尤其是针对此类地区电力设备的建设工作，以及电气试验设备的应用都进行了探索和研究。但在高海拔地区的环境下，空气湿度、温度、压力等因素都会对相关的电气设备造成影响，尤其是由于一些气候和地理位置的因素，相关电气设备不能完全在此类环境下正常工作，对于绝缘设备这类影响往往更为严重，需要进行相关的调节和修正，才能满足在高海拔地区正常稳定工作的需求，推进我国高海拔地区电气设备的建设和维护工作，保障地区性的正常用电。

1 我国高海拔地区特点及影响

1.1 高海拔区域特点

在我国高海拔地区主要是指海拔超过一千米的地域，主要特点是气温低、昼夜温差较大且湿度低、雷暴天气多、气候干燥等。我国高海拔地区主要分布在西部等偏远地带，环境相对较为恶劣，自然气候条件较差，相应的人口流动少。气压、湿度、温度等参数随着海拔增大而随之有很大程度变化，而不同地区的同海拔位置相应参数也不尽相同。电气试验设备的特点要符合环境条件要求，根据实际的环境影响对设备进行相应选择和设计，并采取相应的维护方案[1]。

1.2 高海拔环境对电气设备影响

气压对电气设备影响。高海拔地区一般来说气压低，对电气设备会造成相应影响。如气压低会降低电气设备内部保护层的空间，使电气设备对于电流传输的能力效果大为降低。在电气内部保护层传输电流较低时，保护层还能对电流传输起到一定分担作用，使得电气设备能安全稳定工作；但如设备内部的传输电流强度增加、相应的气压低所造成的外部绝缘层对于电流分担能力低，就会造成电流放电，导致电流传输不稳定现象出现，危害整体设备安全。

空气密度对电气设备的影响。高原等高海拔地区由于气压低，相应的分子间距离减小，因此空气密度也会相应增加。所造成的影响，一方面空气密度增加会使电子设备电子微粒附着增加，相应的供应电流传输衰减。在电气设备正常运行电流输入正常时，相应的电流介质传输质量较低、电流量减少，会导致电气设备电流供应量不足、启动时间长、传输效率低等问题；另一方面，空气密度大会导致相应设备中由直流电到交流电的转化过程效率低、速度慢，电力设备的开关是控制直流、交流的关键设备。在空气密度大情况下启动设备开关会使其中的电流传输较大，机械设备无法承载这一压力就相应会造成电气设备超负荷运行或负载不足，降低安全性甚至开关失灵，危害整体设备正常运行。

气温变化对电气设备的影响。高海拔地区气温发生变化会造成相应的电气设备问题，高原气温升高会对电气设备绝缘层的表层造成影响，表皮变软会使相应的电气设备失效，电气设备的外部会出现导电情况，给相应的设备安全造成威胁。

高海拔对通断性能的影响。高海拔地区的空气压力低、分子间隙小，使得电气灭弧能力降低[2]，会在一定程度上影响灭弧装置的运行寿命，对电气设备的正常运行造成极大影响。

高原环境对电气设备外形和密封的影响。空气密度低会使元件密封性能不好导致电流泄露，同时紫外线强度高会使得一部分密封元件设备老化，在这种老化影响下会导致设备电流泄露速率加快，最终引起安全事故，这是由于对电气试验设备的电场和绝缘材料产生影响而导致，使这些材料的物理化学性质发生变化、产生了不可逆转的效果。还有一部分影响是在低气压和低温同时出现的高海拔地区，会使润滑油发生结构化的变化，失去原有的润滑效果，失效后的润滑油相关作用位置会使电气设备的表面摩擦增大，从而影响性能。

辐射对电气设备的影响。在海拔大于五千米的高海拔地区，在正午最大太阳辐射角会比平原地区的相应数值大。相应的正午太阳热辐射会增大，对电气设备的影响就是会融化相应设备，加热户外的电子电工产品设备，同时较强的紫外线辐射会在加热电气绝缘材料的同时降低其物理化学性能，进而会使相应的材料变形，产生热力机械应力。紫外线的相应增加也会使电气绝缘有机材料失去性能，使周围的空气易于电离，设备周围电场强度降低进而导致外绝缘强度及电场起始电压降低，影响设备的性能。

雷暴对电气试验设备影响。在高海拔地区雷暴天气出现频率高，雷暴天气平均出现日时间会远高于平原地区，相应的对电器绝缘设备造成影响，高压雷暴在击中电力材料后会造成电气绝缘材料的击穿现象，元器件损坏，危害设备安全运行。

湿度对电气设备的影响。在高海拔地区的湿度过大会造成相应的电场强度降低，究其原因是水分子由于湿度低更容易相互结合并与相关的负电子结合，相应会导致电子的自由度降低，最终在电场中电离能力降低，且随湿度的增加电子的结合会使放电电压升高、从而电场强度增大，会使电子运动能力增强、更加不容易电离。因此在电气试验设备运行过程中，空气湿度低不会使电气设备绝缘能力发挥作用，降低相应设备的安全性。

2 电气设备试验的概述

随着电力基础设施建设要求的不断扩大，社会上对于电气设备的安全性也提出了更高的要求，在部分地区的大规模高频次停电现象十分严重，给当地经济社会发展造成了巨大影响和损失，因此需对电气设备的安全性加以探究和实验。在高电压影响下，电气设备难免会出现绝缘性等安全上的问题，最终可能导致电力设备故障，给电气系统的正常运行造成负面影响，降低电力的正常供应效果[3]。

2.1 电气试验分类

电气试验设备是指在正常的电力运行中，判断相关的电气设备能否按照要求投入运行，从而确保设备不会损害，主要包括了预防性试验设备和交接性试验设备。具体而言就是对其绝缘性和自身特性的相关实验。

绝缘试验是指针对电气设备在绝缘方面的缺陷。由于外界的相关作用，如工作电压、机械应力和化学作用等影响导致绝缘缺陷从而采取的试验。其中主要有集中性缺陷和分布性缺陷，针对这两部分缺陷采取不同的相应试验：一是非破坏性实验。是指在低电压下或非绝缘情况下测量绝缘材料的特性，判断绝缘材料内部的相关缺陷，但由于绝缘试验的电压较低，不能有效测量材料内部的相关缺陷，因此不能单纯只靠这种方法来判断绝缘材料内部的绝缘水平；二是破坏性实验。是针对危险性圈套的集中性缺陷试验，虽具有较为明显的缺点，在实验中会对被试设备的绝缘材料造成一定的损伤，但仍不影响其在绝缘试验中发挥作用，需在非破坏性试验后进行才能对相关的设备安全进行充分了解。

另一种是对材料本身特性的实验。主要是通过对电气设备的机械或电气系统的特性进行测试，如对变压器的极性试验和线圈的电阻测量，以及断路器的电阻测量等，这些实验都会在一定程度上暴露设备本身的缺陷，要对相关实验数据进行横向和纵向比较，并通过实验数据的综合分析来判断设备本身的相关缺陷，给之后的维护和检修提供数据依据。

2.2 电气设备实验的作用

在高海拔地区的电气设备运行过程中，外界因素的作用影响下会对其性能造成改变。这些外界因素主要包括以上所述几种气候外部条件，以及电气设备本身的材料问题，由于设备本身在这些因素影响下会出现无法预知的故障和问题，甚至会导致高海拔地区电力系统的中断崩溃。因此针对电力系统中电气设备的运行应进行电气设备实验，如绝缘性实验，从而保证电力系统的正常运行，对电气设备的试验方案设计是很有必要的。

3 高海拔地区电气设备试验方案

针对高海拔地区的电气设备影响，应当提出更加有效地解决措施，从而避免其在电场强度和绝缘材料上造成的影响，对相关的环境因素进行分析，使电气设备的高海拔地区应用能实现更好的发展，为这部分地区的电力供应提供保障。

绝缘层的调节方案。为应对高原环境给设备带来的外部影响，要对绝缘层进行相关的设计试验调节。首先确保绝缘层能缓解电气设备电流所带来的负面冲击，具体就是在高海拔地区下对电压降低和空气密度增加的相关应对措施，根据高原高海拔地区的需要增加绝缘材料的厚度、增大电流传输时间，从而能进一步缩小电流放电的干扰作用；二是对高原环境下绝缘材料的调解过程也要结合地区的环境温度来确定厚度，从而使绝缘层能够在电气设备的保护中发挥其应有作用。比如施工人员在进行绝缘层设计时，根据不同地域的温度和高度情况将相应的厚度进行增加和调节、实行不同的绝缘方案，才能满足高海拔地区的电气设备需求。

电场调节方案。对于电场强度的调节，主要分为对开关设备的设定和电压电阻的大小调节。首先对电气设备开关要重新设定，针对高海拔地区的环境条件使用增强的方式对电气设备开关进行相应改造，缩短开关连接长度，在开关无法完全闭合时中断循环结构就能保持电气设备线路断路，从而能对电气设备的线路保护提供作用；二是对电压的检测控制，要对电气设备的应用干扰进行电器电压的调节，比如对相应气压的变化，重新设置设备应用电压，根据这一电流重新调节气压的方式，将电气设备工作电压调节到高海拔地区的正常水平，能在电气试验设备正常运行中调节电场强度；三是对电阻温度的调控，就是要在电气设备电流电阻中进行恒常性调节，使电流带电粒子的运动速率减慢，从而控制电场强度，能保持在一定的可控区域内，减缓设备的电流传输干扰，保持电气设备电流输送的稳定性。

综上，在我国高海拔地区的电气试验设备运行中，要针对其海拔所带来的环境因素影响对相应的电场强度和绝缘层厚度进行调节，从而使电气设备在受到压力、温度和空气密度、湿度等因素影响时能自我调控或采取相应的应对措施，保证高原高海拔地区电气设备的正常运行，实现对这部分地区的电力稳定供应。