摘要：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，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。本文分析了高海拔环境下高低压成套开关设备的设计与应用。
关键词：高低压；成套开关设备；设计；应用
在技术的发展中，高低压成套开关设备已经逐渐应用于电气设备中，但是依然存在较多的不足之处，如参数选择与布置等问题限制着设备的使用效率，需要通过不断的优化设计来提升设备的使用性能。
一、高海拔环境下对高低压成套开关设备的影响
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。
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.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。
3.电气间隙击穿电压。对于设计定型的产品，由于其电气间隙已经固定，故随着空气压力的降低，其击穿电压也会下降。为了保证产品在高原环境中具有很强的适应性，需按照表1的内容对高低压成套开关设备的电气间隙进行修正（海拔每上升1000ｍ增加10%）。
（表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。
二、高海拔环境下高低压成套开关设备的设计
1.设计要求。高低压成套开关设备使用在高原环境时，要充分考虑和计算海拔、空气密度、气压等影响因素，设计产品时要通过相应参数的调整来抵消环境的不利影响，具体包括提高绝缘性能，调整电气间隙参数，在生产材料和元器件的选择上综合考虑，在结构设计上有所创新。一是要设计足够大的外绝缘强度裕度，使其能够弥补高海拔空气密度下降造成的外绝缘强度下降，从而保证设备在高海拔地区使用时耐冲击电压符合要求。二是在生产设计开关元器件时，要充分考虑高原温度变化大而造成材料变形对公差的影响。三是考虑到高海拔地区空气介质冷却效应的降低，高低压成套开关设备的使用需考虑降容系数，要根据海拔高度不同来确定。四是在高海拔环境中，设备及其元器件的绝缘材料应尽量选择那些耐受温差范围较大且质量上防老化性能高的产品，同时应根据海拔高度重新设计爬电距离、电气间隙等参数。
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。
三、高海拔环境下高低压成套开关设备应用分析
考虑到海拔因素，不同型号的设备元件对整套设备的性能都会产生不同程度的影响。因此，要注意以下几个应用关键点：一是开关和控制器件的选型要按照一定的要求进行。二是在不同的海拔条件下，设备需采用不同的结构。高压成套开关设备开关和控制器件的选型要满足高原条件的要求，以便能够应用于高原型变压器、高原型真空断路器等。关于柜内导体间、导体对地间的空气间隙，需要按照高海拔的特点进行处理。电压、电流互感器和绝缘子套管等要满足相关的修正系数。对控制元件和控制设备也应严格要求，以便提高设备的可靠性。低压成套开关设备的选型一般要求电压大一些，正常电网额定电压需400Ｖ才能应用在海拔4000ｍ的地区。需要注意低压元件等的选择，要选用经过特殊处理加大爬距和电气间隙的产品，以保证满足二次侧的工频耐压等指标，其他二次侧的弱电器件基本上可以按普通型的器件进行选择。另外，高低压成套开关设备的外绝缘强度要足够大。空气压力的降低会影响空气介质的冷却效应，造成设备温度升高，因此在高海拔地区，对于高低压成套开关设备应考虑降容使用，降容系数则需根据不同的海拔高度来确定，具体要参看生产厂家的技术说明。
四、防护措施
1.导体表面的防护。导体表面的防护很重要，高低压成套开关设备内部一般都是铜材，裸铜的腐蚀大多为电化学腐蚀和化学腐蚀，这种材质受到空气环境的影响会被氧化、腐蚀。所以，在导体的表面需要加一层防护膜，使其与空气隔绝，同时减少与酸性物质的接触。
2.电线电缆的防护。应采用全面镀锌的铜电缆，不要使用裸铜电缆，因为那样会影响电缆作用的正常发挥。需要注意的是，电缆本身具备的ＰＶＣ材料要和装配电源连接在一起，应使用橡胶套管遮盖电缆的非绝缘部件和压接区域。另外，对接地铜带要进行镀锡处理，以保证系统具有很强的稳定性。
总之，高低压成套开关设备在高海拔环境中的应用，需要十分重视环境的影响，从而有效地提升整体设备的运行效率。
参考文献：
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[3]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），2015（22）
论文作者:王廷荣
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/18
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