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1、 电气 工程应用 ) 2 0 0 2年第 1期 高海拔地区对电气设备的影响 成都建材设计院唐延福 编者按 ： 由 I E C标准转化成 G B的低压电器产品标准， 正常海拔 高度以 2 0 0 0米( 全部电机和高压电 器 1 0 0 0米) 以下为正常条件 ， 超过则必须与厂家有协议进行设计与使用， 但本文论述的 原 则仍 可供参 考 。 随 着 国民 经 济 的 发展 ，我 国有许 多 的 基 本建设 项 目已逐 步 进 入 中西部 地 区 。而 我 国 中西 部 地 区 ， 特别 是西 部地 区大 多数地域 属 于 高海 拔地 区 。对 于海拔 高度在2 0 0 0 米 以上地 区 能使
2、用 的供 、 用电设备要引起我们 电气行业高 度重 视 和深 八 的研究 。因为高海 拔地 区气象 特 殊 ， 而气 象对 电器设 备又有 特殊 的影 响。 ( 一) 高海 拔地 区的气 象 特 点 1 气 象 参 数 与海 拔高 度 的基 本 关 系 ( A) 大气 压力 ： P H = P 0 ( 1 一dI - 1 T O) 式 中 ： P H 海 拔 高 度 为 H时 的气 压 P o 一标准 状 态 下 的气 压 d 空气 密 度梯 度 ， 约为 0 0 o 6 5 屯， m H 海 拔 高度 ( m) T o 一绝对 温度 2 7 3 ( B ) 空气 密 度 ： 8 H =8 0
3、 ( 1 一d H T o ) 式 中 ： 8 H 海 拔 高度 为 H 时空 气 密度 s 0 标准状态下空气密度 ( C) 空气湿度有如下经验公式： S H = S o x1 0 式 中： s H 海拔高度为 H时绝对湿度 r s 0 海平 面 的绝 对湿 度 根据上述公式 进行计算 ，将气 象三个重 要 参 数列 入 下 表 1中 ： 3 6 表 1 注 ： 标 准 状 态 下 大 气 压 力 为 1 ， 相 对 空 气 密度 为 1 ， 绝 对 湿 度 为 1 1 g m 2 关 于 空 气温 度 与海拔 高度 的关 系 ， 现 将 有 关 电气 研 究部 门实 地研 究 所 采 集
4、的 温度 与 海拔 高 度 的关 系列 入 下表 2中 表 2 从 表 1中可 以 看 出 ： 海 拔 高 度 每 升 高 1 0 0 0米 ，相 对 大气 压降 低 约 1 2 ；空气 密度 降低 约 1 0 ；相对 湿 度 随海拔 高度 的升 高 而 降低 。 从 表 2中可 以看 出 ：空 气 温 度 在 一 般 隋 况下海 拔 高度 每升高 1 0 0 0米 最高温度会 降 低 5 E。平 均 温 度也 会 降低 5 o C。空气 温 度 的 降低 对 电气设 备 的散 热 有好 处 。 ( 二) 气象对 电气设备的影响 电气设 备怕 热 、 怕 湿 、 怕 污 。 根 据我 国 国家
5、标 准所 提 出 的理 论 ： “ 随着气压的降低 ，空气密度相应减少 ， 致使 散热 能力下降 ， 导致以 自然对流 、 强迫通 风或空气散热器为 主要散热方式的产品温度 升增 高 。一 般情况下 ，电工产 品在 海拔 0 5 0 0 ) 米范围 内， 气压每降 1 2 ( 相 当于海拔升 高1 0 0 0米) 其 温度升增 高 3 - 1 0 ， 航空 电器 和电子产品也受到不同程度 的影响。” 1 电气设备 的外绝缘 空气密度直接影响到空 气间隙的冲击放 电电压 ，因此影 响电器设备 的外绝 缘 ，如下 式 ： U e h = U c h o (8 K 8 ) 式 中 uc h 试 验
6、大气 条 件下 空气 间 隙 的冲击放 电电压 幅值( k V ) U c h o 标准大气 条件下空气 间隙的冲 击放 电电压 幅值( k V ) K 8 温 度 校正 系数 8 试 验 条 件下 空 气相 对 密 度 我 国电气元件 ，设备制造除部份高原型 设 备 外 ， 一 般是 按 海 拔 1 0 0 0米 以下 地 区的使 用条件为依据 。因此规程规定 1 0 0 0米 以上地 区，海拔高度每升高 1 0 0米其空气绝缘距离 增 大 1 。 2 电动机温升限度的递增值与使用地点环 境温度的递减值有如下关系 ： ( A ) 当电 动 机 的温 升 能 满 足( h l oo0 7 l
7、0 0 x A 0 ( 4 0 一 t) 时 ， 电动机可按铭牌 规定 的额定功 率 运行 ( B ) 当 ( h - 1 0 0 0 ) 1 0 0 x o ( 4 O - 0 时 ， 电 动 机 允许极 限工作 温度每超过 1 q C ， 要 降低额定功 率 1 使用 。 前两式 中： l 卜 设 用地点地海拔高度 A 0海拔高度 每增 加 1 0 0米影 响 电 机温升的递增值 e=0 sT l 0 0 m t 使 用地 点 的实 际空 气 温 度 根据前 面所述理 由，利 用公式进行计算 选 出适 合于 1 0 0 0米以上地 区任何海 拔高 度 上所适用的供 ， 用电设备 ， 再结合
8、 当地 的实际 环境条件给于恰当修正即可 。 f 三) 高海拔地区电气设备的选择 海拔 高度在 1 0 0 0米 以上 的地 区统称 为 高海拔地区。是否高海拔地 区就 一定要用高 原型电器 ， 这是需要认真研究 的。 1 - 现举 如下 两例 ： ( 1 )某工厂建设在海拔 高度为 2 5 0 o米的 地 区 ， 从 表 1 ， 表 2可 以查 出此 地 的空 气 相 对 大气 压 力 0 7 2 4 ： 相 对 空 气 密 度 为 0 7 7 0 ； 绝 对 湿度为 4 4 2 ； 最高温度为 3 2 5 E。 ( A ) 以海拔高度 1 0 0 0米为基准 ， 其气压降 低 了 o 8
9、8 1 - 0 7 2 4) 0 8 8 1 x1 =1 7 8 ( B ) 按气压降低 1 2 ， 其 电动机 的温度升 增 高 3 - 1 0 ， 取其 中间值为 6 5 ， 则该厂 电机温升增高 了 9 6 。 以电动机允许最高温度 6 5 计 ，该 厂电 机温升增高 6 5 C x 9 6 = 6 2 4 C。 按理论讲 ， 该 厂 的电动机功率应该降低 6 - 7 进行使用。 ( c ) 根据环境气温能补偿的原理 ， 即 ( h 一 1 0 0 0) 1 OOx A e = ( 2 5 O O 一 1 0 0 0) l OOx 0 5 = 7 5 o C 4 0 一t o C= 4
10、0 一3 2 5=7 5 在这里( h l ooO ) l oox A 0 = ( 4 0 一 t ) ， 根据这一 理 由 ，该厂的电动机由于得到了环境温度 比 较低补偿作用而可以按铭牌功率使用 。 ( D ) 电气设备的外绝缘按 1 0 0 0米 以上地区 海拔 上 升 1 0 0米增大 1 ， 在该厂 应增 大 1 5 ( 2 )某工厂建设在海拔 高度为 4 O 0 O 米 的地方 ， 从表 1 、 表 2可以看 出 ； 相对 大气 压 力为 0 5 9 1 ； 相对空气密度为 0 6 5 3 ； 绝对湿度 2 5 4 ； 最高温度为 2 5 。 ( A) 气压 降低 了 3 2 9 (
11、 B )该 厂 电 机 温 升 增 高 了 1 7 8 ， 即 1 1 5 7 C。电动机应降低 1 2 的功率使用 。 ( C ) 环 境 温度 的补偿 作 用 ： ( 4 O 0 0 1 0 0 0) 1 O O x O 5 C = 1 5 o C 4 0 一 t “ C= 4 0一2 5 =1 5 即 ( h 一 1 o 0 y l O O x0 = 0 o 1 ) 按 此 理 ，在 这 里 电 动机 仍 可 以 按 铭 牌 功 率使用 。 ( D) 外 绝 缘 在该 例 中应 加 大 3 0 。 2 结论 ( 1 ) 海拔 高度增 高 ， 气 压和空气密 度必然 降低 ，导致散热能力下
12、降 以及设备外绝缘 已 具 有 的裕 量 来 分 析 ，高海 拔 地 区电 动设 备 的 电动机出力必然降低 。在海拔高度为1 0 0 0 2 5 0 0米 这类 地 区采 用 1 0 0 0米 或 2 0 0 0米 以下 地 区能使用 的电动机 和其 他 电气设 备降低 出 力 使 用 能 满 足要 求 。在 2 5 0 0米 以上 地 区必 须 使用高原型电器 。 ( 2 ) 海拔增高 ， 而环境 温度必 然降低而对 电气设备的散热有补偿作用 。利用表 2数据 由理 论 公 式 计算 可 以得 出不需 降低 出力使 用 的结 论 。 是 否 真能 起 到 如此 之大 的作 用 ， 这需 要
13、分析实际的环境条件 。工厂企业 的生产设 备大多有建 、 构筑物遮护 ； 有 的行业工业生 产 中本身具有热量放出 ；还有 的车 间需 进行 人 为升温等等因素 。所 以电气设备所处 的环境 条件而并不是理想化的低温 环境 。因此我们 在使用电气设备时要 以设备所处真实 的环境 条件而论。前述表 2所列温 度与海拔高度 关 系数据是不受除海拔高度外 的其他 因素影 响 的温 度 数据 。 因此 我 们在 考 虑 问题 时 更 主 要 的依据应该 是气压和空气密度的降低 ，而对 于环境温度的补偿是根据电气设备所处 的实 际的环境温度为参考条件 。当前 有许 多电气 设 计 手 册 告 诉 人 们
14、 说 “ 当海 拔增 加 时 ， 空 气 密度 降低 ，散热 条件变坏使高压电器 在运行 中温 升增 加 ，但 空 气 温 度 则 随 海 拔 的增 加 而 相 应递 减 ，其值 足 以补 偿 由海 拔 增加 对 电器 温 升 的 影 响 ” 还 有 其 他 许 多 类 似 的 说 法 。我认 为 这种 说 法 是 不妥 当的 。 参考 文蘸 I 国 家 标 准 GB T4 7 9 7 1 6 ( 1 9 8 4 1 9 9 5 ) ( 电工 电子产品 自然环境 条件) 2 电 力 工 程 电 气设 计 手 册 。 ( 上接 第 3 5页 ) 选 用 R = 4 0 0 n ， 这时 电阻功
15、率 P - 4 5 MW 电阻的价 格得到 了有效控 制 ， 同时 由 于 系统 阻抗 相对很 小 ， 单 相接 地 的的故 障点 不 同对短路 电流的影响很小 ， 详见 图三所示的阻 抗 图。中性 点 电阻上 的短路 电 流在 任一运行 方 式 和 任 一 点 金 属 性 短 路 的 情 况 下 均 为 l d _ 、 T 丽 丁= “ 2 x 4 5 1 5 x 4 0 0= 1 2 2 A 这 样 就 方 便 了继保 的整定并保证 了继保作 为后备保 护 在任何情况下均能可靠动作 发电机组采用了无刷励磁 系统 ， 由于无刷 励 磁 是 通过 调 节 励 磁机 的励 磁 电压 来 调 节 发 电机 的 励磁 电压 ，达 到 调节 发 电 机 电压 的 目 的。所以调节系统的时间常数较大 。这样当出 现短路故障时 ， 短路瞬问的物理过程与有刷励 3 8 磁 情况一 致 ，但 励 磁 电流 的上 升 速度 较 慢 ， 发 电机端电压恢复速度较低 ， 所以制造厂应提供 无 刷励磁机组 的短路 电流 曲线 。如果短 路 电流 按常规算法计算 ， 则发电机后备保护的灵敏度 应适 当高于 一般要求 。 四 、 结 论 通过 以上分析 ， 可以看 到由于孤立电厂容 量小 ，系统不
