高低压柜在高海拔地区的应用研究与探讨

华电（那曲）新能源有限公司 郭海东 中国华电科工集团有限公司 王 波 尉若帅

1 引言

随着经济社会的快速发展，电力设施在各行各业中的应用越来越广泛。然而，高海拔地区的特殊环境却给电力设施的设计、制造、安装和运维等工作带来挑战。高低压柜作为电力系统中的重要组成部分，其在高海拔地区的应用面临着更为严峻的考验。高海拔地区的气压、氧气含量、温度等环境因素都会对高低压柜的电气性能和安全性能产生影响，甚至会导致高低压柜的失效和事故的发生。对于高海拔地区的电力设施建设和运维工作，研究高低压柜在高海拔地区的应用问题，提出适应高海拔环境的设计要求和技术措施，具有重要的现实意义和科学价值。本文旨在探讨高低压柜在高海拔地区的应用问题，为相关工作提供参考和借鉴。

2 高压柜部分

海拔超过1000m的地区称为高海拔地区。高海拔地区，因空气稀薄，气压降低和大气密度的减少，会使空气的绝缘强度和散热能力降低。海拔为1000～5000m，每增高100m，气压约降低0.8～1kPa；气压降低容易使空气电离而降低介电强度，导致开关灭弧困难。

根据GB/T11022标准中绝缘试验部分的要求，对于处于大气中的外绝缘是主要绝缘的开关设备均应使用修正因数，对于只有内绝缘的开关设备，周围的大气条件不产生影响，不应该使用修正因数。故对于安装在高海拔地区采用空气作为绝缘介质的开关柜必须对绝缘试验电压作适当修正，而SF6气体绝缘开关柜的一次部分均安装在SF6气室内，不受周围大气条件的影响，属于只有内绝缘的开关设备，海拔高度增加不影响其绝缘性能，不需要对绝缘试验电压进行修正，只需要提高气箱强度即可满足高海拔应用的要求[1]。

SF6表面传热系数是空气的2.5倍，散热性能优于空气，且海拔每升高1000m，气温约降低-266.65℃，所以海拔高度增加，不会降低其散热性能，故海拔高度增加不需要对SF6气体绝缘开关柜的额定电流进行降容。为保证高海拔环境下的气箱强度，DQC-40.5产品采取以下措施。一是整体采用3mm 304不锈钢板焊接，气箱内部采用大量20×30不锈钢方钢管焊接加固，在此基础上再焊接一层3mm腹板再次加固。二是三工位一次部分与操作机构采用加强板焊接，断路器一次与机构之间采用22mm厚硬铝合金板，充分保证三工位隔离开关和断路器在高海拔低气压环境下的机械性能。

3 低压柜部分

3.1 加大电气间隙及爬电距离

由于高海拔地区空气稀薄，击穿电压随之变小，根据国家规范GB/T16935.1)—1997 《低压系统内设备绝缘配合》中表A2的海拔修正系数表，对所在海拔高度的低压柜内电气间隙进行验证。相应的电气间隙与爬电距离见表1。MNS型低压抽出式开关柜如图1所示。

表1 电气间隙及爬电距离

图1 MNS型低压抽出式开关柜

3.2 电线与电缆

由于电线电缆靠固体绝缘，导电体不与大气接触，不受海拔高度的影响。

3.3 高海拔对温升的要求应随环境温度设定值而定

无论是低压还是高压，由于海拔高度越高，环境温度越低，因此有人认为允许的温升应当相应增加，例如：低压柜的某部件允许的温升是-218.15℃，是在环境温度为40℃时而言，也就是该部件最高温度为40+55=95（℃）。当海拔3000m时，比标准海拔高度2000m高出1000m。按1000m以上每高100m温度降0.5℃计，环境温度比海拔2000m低5℃，有人认为当该部件同样允许运行在95℃时，温升应为-213.15℃[2]。认为这种认识不对的，温升是在指某设定标准环境下升高的度数。允许的实际温度是标准环境温度加温升值。不论当地环境温度有多低，只要取设定的基准值不变（如取40℃作基准），温升值亦不变。这样各部件允许承受的最高温度也不变，即在海拔1000m处承受95℃，在海拔5000m处也是能承受95℃。

当然环境温度的设定应与实际情况相等，如果海拔4000m处最高持续环境温度为25℃，则上述元件允许温升为-203.15℃，总之，温升离开环境温度的设定值无意义。

3.4 导体及低压电器元件

3.4.1 导电回路

虽然海拔高、空气稀薄，造成散热不良而影响载流能力。与中压电器同样道理，高海拔环境温度低，由此对载流能力又进行补偿，综合两种因素后，可认为海拔高度对载流没有影响。

对于断路器及其他控制电器，其内部带电主回路是有空气绝缘部分，因此耐受电压的能力是受海拔高度影响的。至于对载流量的影响，不同的厂家给出不同的参数，不能一概而论。由于高海拔空气稀薄，断路器的触头系统是与大气相通的，这样断流能力肯定受到影响，但厂家许诺是断流能力保持不变，在相应的工作电压下这一条件作前提的。例如，在2000m处，工作电压为690A能分断50kA。同一台这种断路器在5000m处，在工作电压降为420V情况下，也能分断50kA。

3.4.2 熔断器及热继电器

在高海拔地区也会受到影响，但高度在4000m及以下范围内，受影响的范围还在允许范围之内。也就是动作特性曲线允许误差带的范围内。对于密封式熔断器，若与大气不联系，对特性曲线应无影响，若封闭不严，就受海拔高度影响，对全范围保护的熔断器，由于高海拔环境气温低，过载动作时间偏大。对于短路保护，动作时间不受影响。

对于过载保护的热继电器，即使受到轻微影响，由于动作值是在现场整定，因此可根据现场实际运行情况，随时进行更改。

3.4.3 受绝缘强度的影响，要区分不同情况

如果全固体绝缘，不靠空气附加绝缘，则海拔高度对绝缘强度无任何影响。如果采取空气绝缘或固体绝缘与空气附加绝缘的话，则受海拔高度影响。例如NS100断路器在海拔不超过2000m时，介电强度为3000V，而在海拔4000m处，介电强度只有2100V。

3.4.4 继电器及转换开关测试

对继电器及转换开关等二次元器件，有人测试且实际运行表明在4000m及以下可不作任何处理。

高压部分：SF6气体绝缘开关柜的一次部分均安装在SF6气室内，在应对高海拔项目时，只需要提高气箱强度即可满足高海拔的要求。

低压部分：包含高压柜的低压操作部分，以及低压柜，在应对高海拔项目时，从两个方面考虑，第一高海拔地区空气稀薄，需加大主回路的电气间隙及爬电距离，同时加大二次端子间的间隙；第二断路器考虑降容，加大电流等级，同时二次元器件选用需考虑到高海拔影响，选用绝缘性能较高的产品，有高海拔业绩的产品。

4 高低压柜的制造工艺和材料选择

高低压柜是电力系统中的重要组成部分，其在高海拔地区的应用面临着更为严峻的考验。高海拔地区的气压、氧气含量、温度等环境因素都会对高低压柜的电气性能和安全性能产生影响，甚至会导致高低压柜的失效和事故的发生。因此，对于高海拔地区的电力设施建设和运维工作来说，研究高低压柜在高海拔地区的应用问题，提出适应高海拔环境的设计要求和技术措施，具有重要的现实意义和科学价值[3]。

4.1 高低压柜的制造工艺

4.1.1 高低压柜的外壳制造工艺

高低压柜的外壳是保证其安全性能的重要部分，因此，制造过程中应选择高质量的材料，并严格按照相关标准和要求进行制造。在高海拔地区，由于氧气含量低、环境温度低等因素，高低压柜的外壳容易受到氧化和腐蚀，因此，在材料选择上应考虑防腐蚀性能好的材料，如不锈钢、铝合金等，并采用先进的防护涂料进行表面处理，以提高其耐腐蚀性能和使用寿命。

4.1.2 高低压柜的内部结构制造工艺

高低压柜的内部结构是保证其电气性能和机械性能的关键部分。在高海拔地区，气压低、氧气含量低等因素容易对高低压柜的内部电气设备造成损害，因此，在制造过程中应特别注意内部结构的防护性能。具体措施包括：加强内部结构的密封性能、采用优质的电气元器件、选用高耐温、高抗辐射材料等。

4.2 高低压柜的材料选择

4.2.1 外壳材料选择

在高海拔地区的恶劣气候条件下，高低压柜的外壳材料应选择抗腐蚀性能好、抗氧化性能强的材料，如304、316不锈钢和铝合金等。在选择材料时，应考虑其密封性、隔热性、机械强度和加工性等因素。

4.2.2 绝缘材料选择

高低压柜的绝缘材料是保证其电气性能的重要因素，其选择应根据高海拔地区的环境因素和电气要求进行合理选择。一般来说，选择具有高绝缘强度、高耐压能力、高耐热性和低温度系数的材料，如无机材料、氟塑料、硅橡胶等，以确保高低压柜在高海拔地区的长期稳定运行。

4.2.3 连接器材料选择

高低压柜的连接器材料应具有高耐腐蚀性能和高可靠性，以保证连接的稳定性和安全性。在高海拔地区，由于温度变化大，连接器容易受到环境因素的影响，因此在材料选择上应优先考虑耐温性好、耐腐蚀性能强的材料，如铜合金、不锈钢等。

4.2.4 高低压柜的维护保养

高低压柜是电力系统中不可或缺的重要设备，设备的正常运行和安全使用对电力系统的稳定运行和可靠供电有着重要的作用。为了保证高低压柜的长期稳定运行和安全使用，必须进行定期的维护保养工作。

一是外部清洁：高低压柜的外壳经常受到外部环境的影响，如气候、灰尘、腐蚀等，会导致外部污垢的积累。因此，对高低压柜的外部进行定期清洁是非常必要的。清洁时应注意不损坏高低压柜的表面涂层。

二是内部清洁：高低压柜内部的电气元器件也需要定期清洗，以确保电器的正常运行。在清洗时，应注意不损坏电气元件和线缆，并应使用专门的清洗工具和清洗剂。

三是定期检查：高低压柜应定期进行检查，以确保其正常运行和安全使用。检查时应关注高低压柜的电气元件、线路连接、绝缘性能等方面，并进行必要的维护和更换。

四是维护记录：对高低压柜的维护保养应进行详细的记录，包括清洁、检查、维护和更换情况。维护记录可以帮助管理人员及时了解高低压柜的维护情况，有助于及时发现问题并采取措施加以解决。

5 结语

高低压柜在高海拔地区的应用面临着更为严峻的环境考验，需要制造工艺和材料选择上的不断创新和改进。本文就此展开探讨，并提出了一些具有实践意义的技术措施和建议，旨在为高海拔地区的电力设施建设和运维工作提供一定的参考和指导。希望本文能够引起广大电力工程师和科研人员的关注和重视，为高低压柜在高海拔地区的应用研究和探索贡献一份力量。