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1、高海拔风电场箱式变电站的特点近些年来，随着国家对清洁能源的提倡和开发，风能作为清洁能源之一得到 了大力的推广。高海拔地区风能资源相对比较充足，因此大多风电场都落户在海 拔相对较高的地区。根据国家标准 GB 17467-2010高压/低压预装式变电站， 高压开关设备、变压器适用的正常海拔环境为1000m及以下，低压开关设备适 用的正常海拔环境为2000m及以下。由于高海拔地区环境的特殊性，超过以上 海拔环境的箱变必须在设计和制造上充分考虑高海拔环境对设备性能的影响，以 保证其安全可靠地运行。（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
2、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
3、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
4、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/m010002000300040005000相应大气气压/kPa101.390.079.570.161.754.0电气间隙修以零海拔为基准1.001.131.271.451.641.88以1000mm海拔为基准0.891.001.131.281.461.67正系数以2000mm海拔为基准0.780.881.001.131.291.473）对电
5、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，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，
6、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。）、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、
7、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10
8、0m为额定温升的1%。6）对产品机械结构和密封的影响a、引起低密度、低浓度、多孔性材料（例如：电工绝缘材料、隔热材料等） 的物理和化学性质的变化;b、润滑剂的蒸发及塑料制品中增塑剂的挥发加速；c、由于内外压力差的增大，气体或液体易从密封容器中泄漏或泄露率增大， 有密封要求的电工产品，间接影响到电气性能；d、引起受压容器所承受压力的变化，导致受压容器容易破裂。一高压断路 器的真空泡。2、空气温度降低及温度变化（包括日温差）增大的影响1）高原环境空气温度对产品温升的补偿平均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低，电工绝缘材料的热老化寿命 决定于平均空气温度。高原环境空气温度的降低可以部分或全部补
9、偿因气压降低 而引起电工产品运行中温升的增加。环境空气温度的补偿值为 0.5K/hm。2）日温差或温度变化对产品结构的影响 高原空气温度的日温差大。较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂，密封结 构容易破裂。对于高压开关柜内的环氧树脂浇注产品，如电流电压互感器、绝缘件3、空气绝对湿度减小的影响1）、绝对湿度对外绝缘强度的影响 平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，电工产品的外绝缘强度降低， 因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。湿度修正以零海拔时的平均绝对湿度：11g/m3为基准，具体修正按GB311.2中 有关规定。2）、绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响 绝对湿度的降低使
10、换向器电机的换向火花增大，同时使电机炭刷的磨损率增加。4、太阳辐射照度，包括紫外线辐射照度增加的影响1）高原热辐射增加的影响海拔 5000m 时最大太阳辐射度为低海拔时相应值的 1.25 倍，热辐射对物体起加 热作用。对于户外用电工产品，太阳热辐射的增加引起较大的表面附加温升，降 低有机绝缘材料的材质性能，使材料变形，产生机械热应力等影响。2）高原紫外线辐射增加的影响 紫外线辐射照度随海拔升高的增加率比太阳总辐射照度的增加率大得多，海拔 3000m 时已达低海拔时相应值的 2 倍。紫外线引起有机绝缘材料的加速老化，使 空气容易电离而导致外绝缘强度和电晕起始电压降低。 从上述四大影响看出，高、低
11、压成套开关设备使用在高原环境上的设计应该减低 这些影响，提高绝缘配合，同时增大电气间隙，在选择材料上和器件上综合考虑， 从结构设计和选择高原型器件入手，解决相关技术问题，其主要实现手段就是要 从产品设计层面考虑。（二）高污秽环境对电气设备的影响 针对高污秽环境下重点是产品设备耐腐蚀、耐潮湿、耐盐雾的问题，这些腐蚀的 问题都是来自一线质量事故或技术问题的总结。高污秽环境对电气设备的影响重 点表现在以下三方面：1、整个电气回路（一次、二次）和铜排连接的腐蚀影响 高、低压成套开关柜使用在一些使用环境出现高污秽腐蚀性气体或盐雾或粉尘等 的电气室时，必然这些气体或粉尘等在接触潮湿性环境后，即可会转化成很
12、强的 腐蚀性（转化为酸），如S02, H2S，氯气、盐雾等气体，而电气回路中常见处理 工艺如镀银等或裸铜连接对这些强酸非常敏感，粉尘或气体一旦转化为强酸，就 会腐蚀开关柜的电路部分，改变导线的化学性质和物理性质，触点的传导性等， 数月后可出现的明显后果为：a ） 、裸铜母线的颜色变化：铜的一些部位变为浅蓝色/铜的一些部位变黑/脱落（粉 化效应）b）、腐蚀镀银母线和镀银开关接头（开关器件连接端头或内部触头），导致银线突 出（银须效应）；c）、本地母线的过热，母线接合点的传导性降低，从而导致过热；d）、可抽取式镀银触点（电插头&辅助滑动/插入式触点）开始氧化，它们变黑，并 开始出现过热；e）、开关
13、开始出现过热、或停止运行；f）、腐蚀带有裸露表面的电缆（电力线或辅助电线），导致出现爆裂、高电阻等情 况。这些缺陷通常迅速出现于制造商的保质期内，直接影响开关柜的电气性能。 如果是一次线路出现问题，将出现温升过热，接地故障等事故；如果是二次线路 出现问题，却出现误分，误合或拒动作或误报等等缺陷，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。这些现象通常出现在以下领域通用工业流程中：石油和天然气，化工，冶金、 造纸或纸浆厂、水泥，污水处理工厂、海岛或港口工程，船舶或海上石油钻井平 台等等使用领域。2、结构零件在高污秽环境下的腐蚀影响据于上述使用环境中，
14、结构零件按常规的处理，也将出现腐蚀情况。结构零 件的表面处理工艺是直接影响这些情况的原因，漆膜工艺和厚度，镀锌层工艺、 附着力和厚度等等指标都应根据使用环境严酷程度不同，按等级进行规范，有目 的选择对应的防护漆或镀锌层厚度，减轻腐蚀的作用，加强电化腐蚀和化学腐蚀 的防护措施。结构零件的腐蚀也会直接或间接影响产品的性能，尤其一些承担动 热稳定性的应力的结构零件，如母线横梁等，导致结构强度不够，最后影响成套 开关设备的性能，如耐受短路强度等等；柜体结构的紧固件的腐蚀也是常见现象， 紧固件的腐蚀将直接影响到结构的强度。这些情况都是结构零件在高污秽环境下 的腐蚀影响。3、元器件在高污秽环境下的腐蚀影响
15、 元器件在高污秽环境下的腐蚀也是存在的，其腐蚀后造成的影响是显而易见 的，其后果也很严重。主要在于部分选型人员未能关注环境因素下来选型，在这 些特殊使用环境下，元器件的设计和制造工艺是经过特殊处理过的，包括其电路 的工艺设计、塑料的材料构成、接头端子等。这些措施可以使开关器件等有耐盐 雾、耐腐蚀、耐潮湿等特性，国外的器件在这些方面做得比较规范，如施耐德电 气公司的大部分低压器件就有专门使用在 3C1 或 3C2 等级的特性，选型时可以咨 询相关的技术支持部门。器件作为成套设备的主要构成，其可靠性和安全性是非常关系到成套设备产 品的质量优劣，器件的选择非常关键，所以在高污秽的环境下元器件选型一定要 选择适合的型号，来保证三防功能的实现。从上述三方面的情况可以得知，在高污秽环境下，高、低压成套开关设备的 设计和制造，必须从器件的设计选型开始，就应注重环境因素的选型；并在产品 制造工艺设计入手，解决电路耐腐蚀的问题和结构零件的表面涂敷防护问题，尽 量减轻腐蚀性气体或粉尘等造成的腐蚀问题。其主要实现手段就是要从产品制造 工艺设计层面考虑。（三）基于特殊环境因素下高、低压成套开关设备设计和制造的几个关键点 从以上两种不同环境因素对设备产品造成的影响来进行实际产品的研发设计 必须要注意以下几个关键点，其设计的关键点主要涵盖三大部
