高压电器设备的高原适应性要求.pdf

在山区或高原地区，可能需要适应性高原反应，提前做好准备。 #生活知识# #生活感悟# #旅行生活攻略# #健康旅行保健#

高压电器设备的高原适应性要求 文昆明电器科学研究所周琼方赵磊 摘要 本文介绍了高压电器在高原地区运行的情况调查及高压电器受高原气候环境影响的试验研究工作。 重点介绍了高原气候 环境条件对高压电器的外绝缘强度、温升等电气性能的影响。 关键词 高压电器 高原 适应性 我国拥有的高原地区十分广泛 海拔在 1 0 0 0 m以上地区 约占全国总面积的6 5 多半分布在我国的西南和西北地区。 这些地区具有十分丰富的水利和矿产资源。 随着我国对西部地 区资源的开发利用 为保证高原地区设备运行的安全性和可靠 性 对运行于这些地区的高压电器设备的高原适应性进行研 究，显得尤为重要。 高原地区的气候具有空气压力 ( 或空气密度) 低 空气温 度低 空气绝对湿度低 、日温差大、太阳辐射及紫外线辐射强 度强等特点。 高原气候对高压电器设备的外绝缘强度 温升等 电气性能有着显著的影响。 i 对高原地区的高压电器设备运行情况调查 为了对高压电器设备在高原地区运行中所出现的问题 有 一 个较全面深入的了解 六十年代以来 昆明电器科学研究所 及有关科研、 设计院所、 高等院校和工厂等单位 多次组织调 研，深入西南、西北高原地区进行实地调查访问 了解系统中 高压电器设备的运行情况 调研收集到的主要问题综合如下： 1 、输、变电设备外绝缘强度降低 昆明普坪村发电厂曾对1 3 台额定电压为3 5 k V的电流互感 器 ( 出厂合格品)进行耐压试验 标准试验电压值为8 0 k V 。试 验结果为： 一台升压至5 6 k V时放电；六台升压至6 0 k V时放电； 六台升压至 7 0 k V时也放电。结果没有一台为合格品。此种类 似情况在西南，西北地区均有反映。 昆明供电局反映， 1 0 k V 级少油断路器工频耐压值只能承受 3 6 k V ( 标准试验电压值为 4 2 k V) 。 兰州白银变电所曾对 3 5 k V母线作耐压试验 结果 8 2 k V时 I I H b 3 5 穿墙套管的法兰处严重放电。 由于高原气候使产品的外绝缘强度降低 因此普遍采取了 增加线路绝缘子片数 提高套管类电压等级等措施。为此 一 些生产厂家专门设计研制出了高原型产品 如云南变压器厂生 产的高原型变压器。 2、 交流电晕起始电压降低、电晕放电严重 用户普遍反映 高压电器设备、 输电线路电晕较一般地区 严重。在内江 【 海拔3 5 2 米) 、西固 【 海拔 1 5 3 5米) 、嘉峪关 ( 海拔1 4 7 7 米) 等海拔较低地区的变电所内 3 5 k V电器设备在 天气好时并未听到电晕声音。而在西宁 ( 海拔2 4 1 4 米) 、玉门 ( 海拔2 3 1 2 米) ，石龙坝 ( 海拔 1 8 4 5 米)等海拔较高地区的变 电所内 3 5 k V电器设备在天气好时则可觉察到轻微电晕声。 下小雨 毛毛雨时 线路有放电声响。下大雨或雷雨天气 时， 则放电声响很大 甚至发生闪络现象。 绝缘子串或套管有 局部放电现象。 3 ，普通阀型避雷器工频放电电压降低，年更换率高 云南电力部门多次反映普通阀型避雷器因为密封不良 工 频放电电压下降 雷击时不能有效地遮断续流而发生事故 有 时甚至爆炸。1 9 8 2年 在省机电公司仓库的大力支持下 我 所从库存的出厂合格品中抽试了两个厂家的F S 4 -1 0型各 1 O 2 只 在现场 ( 海拔 1 9 0 0 m)作工频放电电压试验 结果有一家 的产品不合格率达 2 1 以上。1 9 8 0年在拉萨调访时 也曾从 库房抽试了三只F s 4 1 0 GY ( 出厂合格品) 结果其中一只 的工频放电电压不合格 冲击放电电压也相应下降。 4 、温升发热 对于以自然对流、 强迫通风或空气散热器为主要散热方式 的产品 在高海拔地区 由于空气压力或空气密度的降低引起 冷却效应的降低 使电器散热困难 温升增加。 但我们多次调 查所收集到的问题却较少。 通过分析认为 这是由于在实际使 用中， 海拔升高 环境空气温度的降低 可使产品温升的增加 得到部分或全部的补偿。 二试验研究工作及结果 昆明电器科学研究所先后对 3 5 k V及以下的高压电器外绝 缘强度及温升发热作了下述一些研究试验。 1 、外绝缘强度方面： 部分小型典型电极空气间隙工频干放电电压受海拔高 度变化影响的人工气候箱内试验研究； 维普资讯 http:/ 6 k V 、1 O k V二次变电所自动伐型避雷器和小型羊角保 护间隙工频放电电压受海拔高度变化影响的试验研究： 3 5 k V及以下瓷绝缘子和小型典型电极空气间隙的工 频干湿弧放电电压受海拔高度变化影响的实地试验研究 3 5 k V及以下瓷绝缘子 ( 包括瓷套管) 工频干弧放电电 压受海拔高度变化影响的试验研究； 额定电压3 5 k V及以下瓷绝缘子工频电晕、干弧、湿弧 和冲击放电电压受海拔高度变化影响的人工气候室内试验研究 F s一 1 0伐型避雷器受海拔气候影响的试验研究 瓷绝缘子爬电比距受气压变化影响的试验研究。 上述试验工作 有的是在小型玻璃钟罩人工气候箱内进行 的；有的是实地试验 有的是在中 大型人工气候箱 ( 室)里 作的 尽管试验条件、 试品类型各异， 仍可归纳出比较一致的 规律性影响。表 1 列出了各类放电的海拔修正系数。 放电种类 海拔 ( m) 起始电晕 1 0 0 0 1 0 7 3 1 1 4 9 1 2 2 8 1 3 0 9 干弧放电 1 0 0 0 l_ 冲击放电 1 0 0 0 l 1 08 8 试验研究结果表明， 不论其产品的类别， 电压等级的高低 绝缘材料的种类 电极的结构形式 施加电压的种类等 放电 电压均随海拔的升高而降低 海拔每升高1 O O m 放电电压约降 低1 O 这已考虑到气压、 温度和绝对湿度的综合作用。 对于 超高压产品 其降低值 根据现场试验数据推算 有大于 1 0 6 甚至达到 1 3 以上的可能。 实地调查及试验研究结果表明，对于F s 一 1 0伐型避雷器 其工频、； 中 击放电电压为：海拔每升高 1 m 放电电压值下 降0 8 ，冲击系数受海拔高度变化的影响不大。 由于普通伐型避雷器系一般密封型结构 在高海拔地区使 用时 因海拔升高 内外压差增大 ， 破坏了密封 ，致使避雷器 内腔气压降低 导致工频放电电压随之降低 甚至因密封的破 坏 ， 通过呼吸作用，使避雷器伐片受潮而出现爆炸事故 这在 西南高海拔地区曾多次发生。 绝缘子爬电比距受气压变化的影响较之放电电压受气压变 化的影响要小 ， 故对放电电压进行海拔修正后， 可不考虑对爬 电比距的海拔修正。 2 ，温升发热方面 温升方面的研究工作开展较少。 昆明电器科学研究所1 9 7 3 年曾结合对G B 7 6 3 6 5 ( 交流高压电器在长期工作时的发热) 标准的修订工作 ， 作过环境条件对高压电器温升影响的试验验 证 ，结果如下： 相对湿度每增加 1 O ，温升降低 0 7 5 ： 绝对湿度每增加 1 O g m0 ，温升降低 1 5 环境温度每降低 1 O C，温升降低 1 5 ； 海拔每升高 1 O 0 0 m，温升增加 2 5 。 3、存在的问题 由于受试验设备条件的限制， 对高电压等级试品的试 验研究工作开展较少。 湿度对高压电器放电特性是有影响的， 但我们在这方 面开展的研究工作也较少。 三海拔高度对高压电器设备性能的影响 1 、干燥状态下对外绝缘强度的影响 随着海拔的升高，气压温度和绝对湿度都随之下降 电 器外绝缘的放电电压将会降低。 为了制造满足高海拔地区运行 的电器产品和正确选择高海拔地区的绝缘水平 必须将在给定 试验条件 ( 温度t 、气压b 、绝对湿度h ) 下测得的破坏性放电 ( 击穿或闪络)电压值换算到标准大气条件下 ( t 。 b 。 h o )的 电压值 ， 反之 也可将标准大气条件下的试验电压值换算到实 际大气条件下的数值。 标准参考大气条件 温度t o =2 0 。 C； 压力 b =1 0 1 3 k P a 绝对湿度 h = 1 1 g m 。 由于受试验条件的限制，人们对相对空气密度 6、温度 t 和绝对湿度h 三者之间的关系尚不十分清楚。长期以来 对于 拟用于海拔高于 1 O 0 0 m 但不超过4 0 0 0 m处的设备的外绝缘及 干式变压器的绝缘 在非高海拔地区进行试验时 其试验电压 u应为标准状态下的试验电压 u O再乘以海拔校正系数 K h a 1 K h =-一一一 1 1 H X 1 O 一4 式中 H 安装地点的海拔高度 m。 对于拟用于环境空气温度高于4 O 。 c 处的设备 ， 其外绝缘在 干燥状态下的试验电压应取额定耐受电压值乘以温度校正系数 K h l TM1 +O 0 0 3 3( t 一4 O) 式中 t 环境空气温度值，。 c。 一 般认为，大气参数对电气绝缘放电产生影响的是气压 、 温度和湿度三个主要参数。 从大量的研究结果分析 虽然气温 61 维普资讯 http:/ 的下降会使放电电压有所提高， 但气压和绝对湿度的下降会使 放电电压降低 三个大气参数总的效应是使放电电压随海拔升 高而下降。因此， 大多数国家和国际电工委员会 ( I I C)目前都 推荐用相对空气密度和绝对湿度两个参数来表征大气条件对电 气外绝缘放电电压的影响。此外近几年来，国内外不少研究 者相继进行了大量的人工模拟和自然气候试验 ， 特别是对长问 隙和2 2 0 k V及以上瓷绝缘的放电研究 提出了一些各自的校正 公式，对于进一步完善修正方法 满足高海拔地区超高压输变 电设备外绝缘选择起到了促进作用但还需要作大量验证。 2 、淋雨状态下对外绝缘强度的影响 高原地区的输电线路和敞开式变电站处于复杂的大气环境 中，降雨量、雨水电阻率 海拔高度及雨水酸度等大气环境因 素对湿闪络电压将产生不同程度的影响， 为了使其在雨天也能 安全运行 ， 必须保证高压电器设备的湿闪络电压满足规定的绝 缘水平。 雨水电阻率与湿闪电压的关系很大I E C规定绝缘子淋雨 试验的雨水电阻率在2 0 。 C时为 O 01 5 Q - m。实际上用自 来水模拟淋雨要达到这个值是有困难的。根据日本的试验结 果，湿闪电压与雨水电阻率 P 的关系有 Uf -A P 。 式中 A系数 n一一 随绝缘子形状不同的一个常数对圆柱形绝缘子 n =O 21 ，套管n - O 2 0， 针式支柱绝缘子 n = O 1 6 。 湿闪电压随雨水电阻率的增大而升高 雨水电阻率大时 湿闪电压受海拔的影响大 ， 反之亦然， 但到2 0 0Q - m左右时， 则逐渐趋于饱和。我国9 6 以上地区自然雨水电阻率都在2 0 0 Q m以上 ， 所以， 按标准取雨水电阻率的不同试验室的试验 结果偏差不大。 在淋雨状态下高压电器设备外绝缘工频试验电 压的海拔修正系数K 建议按下式计算： K h 3 =1 + 。 7 6 t _hh 1 u 1 ( 2 5 h -2 5 ) 、 l 1 OO0 式中h 安装地点的海拔高度，k m。 3、 对漏升的影响 高压电器产品空气中部件的温升值等于测量部位上测得的 稳定工作温度和周围空气参考环境温度的差值。 高压电器产品 以自然对流为主要散热方式。 高压电器的温升随海拔的升高而 增加 影响对流温升的主要因素是高海拔气候环境条件下空气 密度的降低。 根据空气物理性质和试验结果可近似高压电器温 升的海拔修正因素K K 与海拔的关系基本上为指数关系 Kh 4 =e 。 1 H _ ) 式中H 安装地点的海拔高度，m。 对于户外露天环境用高压电器 ， 太阳热辐射的增加可引起 较大的表面附加温升 降低有机绝缘材料的材质性质，使材料 变形 产生机械热应力等。 四 高海拔模拟试验室 用理论来推导高海拔气候对电工产品的影响是困难的， 一 般国内外均采取试验的： 方法来寻求影响规律。 常采用的方法有 两种 一种为在不同海拔的自然环境条件下进行对比试验 ， 另 一 种为在人工模拟高海拔气候的试验室内进行不同海拔的对比 试验。两种方法各

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