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1、高海拔环境的高低压成套开关设备技术要求一、环境因素确定的高低压成套开关设备的两大发展方向针对环境因素而确定产品的发展方向，也是目前高、低压成套开关设备的发展方向之一，目前市场需求提出了两大发展方向。第一，随着国家西部大开发和国家西部能源经济的大发展，适应高海拔环境的高低压成套开关设备也成为目前部分市场招标的。我国幅员广大，具有世界上九种气候类型分类的六种气候区，包括湿热、亚湿热、暖温、寒温、寒冷、干热，且有世界上特有的广大的高海拔地区，海拔超过2000m的高原面积占国土面积的33%;海拔超1000m的面积达58，并有1800公里跨越湿热带到寒冷区域的海岸线和470万平方公里的近海大陆架及石油资
2、源蕴藏丰富的塔克拉玛干沙漠。电力行业是先行行业，在高海拔地区环境中，必然有大量控制电力的成套开关设备配套使用，成套产品经受此类严酷自然环境均会造成严重的影响，使产品不能发挥正常功能或使用寿命缩短。而根据国家标准，高压成套产品适用的正常海拔环境为1000m及以下，低压成套产品的适用的正常海拔环境为2000m及以下。而超过以上海拔高度的产品都必须重新进行研发设计、试验研究，从产品的设计着手，充分考虑高海拔环境对高低压成套开关设备性能的影响。我公司中压产品的销售目前主要集中在山西、宁夏、青海、新疆等地，其中山西上次项目海拔高度在1275米，宁夏的项目海拔高度在1100-3000米之间，青海项目海拔高
3、度在2300米。第二，2008年开始的全球性金融危机的影响，我们国家为了振兴经济，大规模投入4万亿资金，进行经济刺激计划，重点进行不同行业内的结构调整和技术改造提升；分别出台了化工行业、钢铁行业、有色冶金行业、船舶制造行业和交通运输行业等产业的振兴，技改项目必然很多，迅速拉动了适合这些市场需求特点的电器产品市场，“三防”要求的高低压成套开关设备成为部分招投标技术要求之一。由于高、低压成套开关设备一般都近于用户侧布置，基于实现空间优化和降低成本（电缆长度、土木工程）等，工业客户在接近工业流程的电气室内使用开关成套设备。这些使用场合必然有在现场环境中存在着腐蚀性气体，酸、碱、盐的雾或液体，粉尘并伴
4、随潮湿或高温等环境因素，即高污秽的环境，设备使用在这些场合不作技术处理，必然有对电路和产品结构的腐蚀作用，尤其对电路的腐蚀导致电气使用功能造成严重的损害，直接影响产品的运行功能，事故后果非常严重，将会造成大面积的停电以及破坏供电系统的稳定性。这些情况在很多事故分析中不断地出现，所以基于高污秽的环境，出现“三防”型概念特点的高低压成套开关设备。该类成套产品的设计，重点应从产品的制造工艺入手，考虑各种腐蚀、盐雾、湿热等环境对产品的影响。上述高、低压成套开关设备两类发展方向都是基于环境技术这门基础学科而所确定的发展方向，对保证产品的正常功能发挥和提高产品的可靠性、机械、电气寿命等密切相关。 二、环境
5、技术对上述发展方向产品设计的指导什么是环境技术呢，其对产品设计有哪些指导意义？环境技术是研究各种环境条件对材料和产品的影响，通过对材料和产品进行环境试验、评价，从而找到影响规律，并研究相应防护技术措施，以确保产品在预定环境条件下，可靠安全运行的一门综合性基础技术。它是与气象、地理、试验设备、测试技术、材料工艺和可靠性等多专业相交叉的综合学科，对保证产品的正常功能发挥和提高产品的可靠性、耐久性水平密切相关。根据对国际环境技术的学术动态的调查，近年来IEC为使环境条件和环境试验的标准工作更好的协调，将IECTC75和TC50合并组建为IECTC104委员会，并将制订一系列指导各类专业产品合理选择环
6、境条件和环境试验方法的导则性文件。其实我国对环境技术的研究也有很长的历史，广州电器科学研究所作为研究环境技术的先行者，参与了我国6070年代热带和化工防腐电工产品的研究，并研究制订了环境条件、试验方法、产品环境技术要求和环境试验设备的行业标准，并贯彻实施，相应的研究了防护技术措施，发展了一批新材料、新工艺。对我国援外工程项目和外贸出口起到了极大的推动作用，而且促进我国基本型产品水平的迅速提高。化工防腐电工产品也发展了系列的产品，基本满足了化工、冶金等企业的需要，实现较广泛的推广，成效显著；在60年代中，我国也建立了高原用电工产品的专业研究机构（如西安高压电器研究所、昆明电器科学研究院等），西安
7、高压电器研究所作为国家电器设备试验研究的重点试验室，特别在“七五”期间开展了大量的基础研究工作，分别进行了“高海拔绝缘特性不同气压、温度、湿度对绝缘特性及放电过程的影响”和“高海拔电晕特性研究”等等攻关课题，制订了部分高原环境条件的标准，并发展了部分高原型产品。80年代初，我国成立了全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会及其分会，有电子、航空、铁道等十二个部有关专家参加，进一步推动了我国环境技术标准化工作的发展，迄今已对应于IEC和按国内需要制订了95个标准。机械产品环境技术研究，自80年代中由机械部组织深入系统的调查后，开始实施“七.五”和“八五”的科技攻关计划和开展有关标准化工
8、作，使环境技术由面向电工产品发展到面向整个机械行业。目前已完成了21项基础标准的制订，包括机械产品（含电工产品、仪器、仪表)环境条件分类、分级，使用环境条件，各类机械产品的通用环境技术要求，产品防护类型及部分试验方法，也为机械行业推荐出一批耐候性优良的新材料、新工艺，提出了一批指导性文件，并在生产实践中应用，取得了良好的社会经济效益。“九.五”由于机械部的支持，正在执行专项科技攻关研究项目，并成立了机械工业环境技术研究中心(METRC)。当前由于高新技术的发展，新材料、新工艺日新月异，计算机技术已广泛应用于各类机械产品，实现机电仪一体化，产品使用的环境领域更广泛和严酷，产品的可靠性要求也更高，
9、新材料、新产品如何预估使用寿命非常迫切，因此环境技术的研究将显得更重要和引起国内外的广泛重视。高、低压成套开关设备在环境因素影响下的产品开发，需根据国家标准和机械行业的标准来进行，国家标准和机械行业的标准对环境因素影响下产品的设计有指导性的意义。国家针对环境技术的研究体现在标准制定和试验规则的制订，其对现实的产品研发有非常大的指导作用，根据这些标准，可以了解上述高原环境对电工产品的主要影响因素，部分标准还提出了中肯的设计指导意见和方案；同时也可以了解防腐要素，给出不同腐蚀环境下的人工试验规则，对于金属件的漆膜防护和镀锌防护等都有对应的要求，能对具体的设计工作有很大的帮助。所以了解目前国际和国家
10、在环境技术上研究，对于指导我们进行具体的产品设计有现实的意义。三、两种环境因素对高低压成套产品不同的影响和设计方向探讨根据JB/T7573-94高原环境条件下电工产品通用技术条件机械行业标准介绍，总结出以下高原气候条件对高低压成套开关设备的影响规律。（一）高原气候条件对电工产品性能和电气设备的影响规律高原具有较恶劣的自然气候条件，其特征为：a、空气压力或空气密度较低；b、空气温度较低，温度变化较大；c、空气绝对湿度较小；d、大阳辐射照度较高；e、降水量较少；f、年大风日多；g、土壤温度较低，且冻结期长。这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律，列出如下：1、空气压力或空气密度降低的影响1）对绝
11、缘介质强度的影响空气压力或空气密度的降低，引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.710.5kPa,外绝缘强度降低8%13%.低气压对输配电设备的影响主要表现在对输配电设备的外绝缘性能下降上：当海拔升高时，空气密度降低，散热条件变差，高压元器件在运行中温升要增加。其额定电流可以保持不变，但空气绝缘强度在减弱，这就使得元器件外表绝缘强度也随之减弱，极易发生绝缘击穿或闪络等破坏性放电事故。我们知道输配电首先要考虑的问题之一是绝缘问题，绝缘水平对运行的安全至关重要，也是影响线路和设备造价的一个主要因数。随着海拔高度的增加，外绝缘放电电压会相应降低，这不仅
12、影响输配电变电设备外绝缘的选择，而且影响线路绝缘子型式和片数的选择，影响线路杆塔塔头和变电构架的尺寸大小。高海拔的影响实际是大气参数，主要是空气密度和湿度的影响，空气密度减少引起热传递效率降低，外绝缘会随着空气密度的减小和湿度的降低而降低，使通常正常的绝缘距离显得不足，从而使绝缘强度受到影响。2)对电气间隙击穿电压的影响对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.电气间隙按海拔每上升1000米增加10%；使用地点的海拔高度/m0100020003000
13、40005000相应大气气压/kPa101.390.079.570.161.754.0电气间隙修正系数以零海拔为基准1.001.131.271.451.641.88以1000mm海拔为基准0.891.001.131.281.461.67以2000mm海拔为基准0.780.881.001.131.291.473)对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低，电晕起始电压降低，电晕腐蚀严重；b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降，导致局部放电起始电压降低；c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低，导致工频放电电压降低。对于阀式避雷器来说，情况较为复杂，由于避雷器本身并不密封
14、，其阀片的间距不可调，因此其火花间隙的放电电压易受空气密度的影响，所以应向设备厂商注明海拔高度，或者使用高压型阀式避雷器。电晕和无线电干扰是高海拔输配电的又一突出问题，特别是超高压输电。电气设备和线路导线的起晕电压会随海拔的升高而降低，还受湿度的影响，在一定湿度范围内，湿度越大，起晕电压越低。例如昆明地区，海拔近2000m，相对空气密度为0.8左右，如果直接采用平原地区使用的导线、绝缘子和金具等产品，运行电压下电晕问题将十分突出，它会加大线损和无线电干扰，严重时还可能发生线路电晕舞动，对线路的安全经济运行造成威胁。电晕不但增加电能损耗，而且会加速绝缘老化。 4）对开关电器灭弧性能的影响空气压力
15、或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低，通断能力下降和电寿命缩短。a）、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长；b）、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。5）对介质冷却效应，即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。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电工产品，由于散热能力的下降，温升增加。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.710.5kPa,温升增加3%10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率，每100m一般在0.4K以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器，温升随海拔升高的增高率，每100m达到2K以上。b、电力变压器温升随海拔的增高与冷却方式有关，其增加率每100m为：油浸自冷，额定温升的0.4%；干式自冷,额定温升的0.5%；油浸强迫风冷，额定温升的0.6%；干式强迫风冷,额定温升的1.0%；c、电机的温升随海拔升高的增高率每100m为额定温升的1%。6）对产品机械结构和密封的影响
