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这篇文章是我的一些工作笔记和经验的总结，我想和你分享一下。如果有任何错误，请及时留言！如果它能帮助你，请收集并转发朋友圈。

一般来说，海拔1000米以上的地区统称为高海拔地区。据估计，中国海拔1000米以上的地区占全国总面积的65%，而海拔1000米以下的地区仅占35%。高海拔地区自然气候条件恶劣，其特点是:

A.低气压和密度；

气温较低，气温变化大；

C.空气的绝对湿度低；

D.高太阳辐照度；

E.降水量较少；

F.每年的风力都在增加；

G.土壤温度低，冻结期长。

海拔0 ~ 5000米的气候和环境参数见表1。

表1

环境参数

海拔/千米

1

2

3

4

5

气压

千帕

年平均值

101.3

90.0

79.5

70.1

61.7

54.0

最低限度

97.0

87.2

77.5

68.0

60.0

52.5

空气温度

℃

最高的

45.4

45.4

35

30

25

20

最大日平均值

35.3

35.3

25

20

15

10

年平均值

20

20

15

10

5

最低限度

+5，-5，-15，-25，-40，-45

最大日温差/K

15，25，30

相对湿度%

最潮湿的月平均气温最大(相应的月平均最低气温/℃)

95，90(25)

95，90(25)

90(20)

90(15)

90(10)

90

(5)

最干燥的月平均温度最小(对应的月平均最高温度/℃)

20(15)

20(15)

15(15)

15(10)

15

(5)

15

(0)

绝对湿度g/m3

年平均值

11.0

7.6

5.3

3.7

2.7

1.7

年平均最小值

3.7

3.2

2.7

2.2

1.7

1.3

高空对电气设备的设计和制造有一定的影响:

1.气压和空气密度的降低导致外部绝缘强度的降低。

空气的绝缘强度随着气压的增加而增加，在稀薄空气或真空条件下，随着真空度的增加而增加。在海拔至5000米的范围内，每增加1000米，即平均气压每降低7.7 ~ 10.5千帕，外绝缘强度降低8% ~ 13%。

随着海拔的增加，中压电气设备的设计、制造、安装和使用与平原地区有很大不同。为了保证高海拔地区中压电气设备的安全可靠运行，结合多年的设计、制造和运行经验，分析了高海拔地区条件对3.6 ~ 40.5 kV中压开关柜设计和制造的影响和要求。

1高海拔地区的定义及其气象条件的主要特征

高海拔地区气象条件的主要特征是:

(1)气压和空气密度:随着海拔的增加，气压会逐渐降低，空气密度会降低；

(2)空气湿度:随着海拔的增加，空气湿度会降低；

(3)气温:随着海拔的增加，太阳辐射强度大，昼夜温差也大；

(4)大气污染程度:一般来说，高海拔地区重工业较少，大气污染程度较低(省市中心城市除外)。

2高海拔地区对中压电气设备性能的影响分析

一般来说，中压电气设备正常可靠运行的重要性能是带电部分与大地之间的间隙(空气或复合绝缘间隙)在工作条件下不会被打破。

大量的实验室数据表明，当δs > 0.26厘米时(δ:气体的相对密度；S:极间距离)，极间间隙的击穿过程可以用流理论来解释:

由于电场分布的不均匀性，当外加电压仍然较低时，尖端的电场强度较高，可能超过临界值，并可能在尖端发生自持放电。随着外加电压的增加，尖极处的初始电子在极间间隙电场的作用下运动，不断引起碰撞和解离，导致初始电子崩溃，并随着电压的增加而不断发展。大量空间电荷聚集在塌缩头中，导致间隙中的强电场畸变，形成主要的塌缩。与此同时，由于大量正离子和负离子的结合，光离解并发展成派生的电子雪崩。每个派生的电子雪崩与主电子雪崩合并形成一条流光；当流动通道发展到接近另一极时，随着间隙距离的减小，通道末端和另一极之间的场强急剧增加，发生更强烈的离解，导致通道温度上升到几千摄氏度并发展成热离解。因此，放电从流光过渡到火花或电弧，从而完成间隙的击穿。

间隙的击穿电压也与气象条件(气压、密度、湿度、温度和污染程度等)密切相关。)。

在正常情况下，间隙的击穿电压随着气压、密度和湿度的降低而降低。物理过程简要分析如下:

随着气压降低，密度降低，自由电子在空气中的平均自由行程增加，这增加了碰撞离解的可能性。然而，随着湿度的降低，空气中的水分子越来越少，这使得难以捕获自由电子以形成负离子，从而增加了自由电子的数量并促进了自由电子的发展，从而为拖缆的发展提供了有利条件。

在高海拔地区，白天太阳辐射强度相对较高，使得电气设备的外绝缘容易老化。白天和晚上的温差通常很大。在高湿度(湿度> 40%)的区域，如果突然加热并淬火，很容易在电气设备表面附着许多小水滴，形成冷凝。一旦在介质表面形成冷凝，表面闪络放电的可能性将增加。同时，就目前而言，高海拔地区大多是经济欠发达地区。然而，随着西部大开发的加速，许多化工厂、钢厂、水泥厂和发电厂将逐步建立起来。这样，在经济中心城市，也存在着大气污染严重影响中压电气设备电气性能的问题。工厂、矿山和企业附近空气中的大量灰尘和污垢含有高电导率的溶质，由于空气的作用，溶质会逐渐粘附在电气设备绝缘介质的表面。如果结合上述凝结现象，表面闪络放电的概率将大大增加，从而导致电气设备闪络跳闸。长期运行经验指出，毛毛最严重的污闪大气条件是雾、露、雪和雨。

3高海拔地区3.6 ~ 40.5千伏中压开关柜的技术要求

通过对高海区对中压电气设备性能影响的分析，以及多年生产3.6 ~ 40.5千伏中压开关柜的经验，总结出设计和制造中应注意的技术要求如下:

3.1增加空气间隙

根据流理论分析，间隙击穿与间隙距离以及空气的相对密度密切相关。因此，电气距离在DL/T404-1997 (EQVIEC 298: 1990)(室内交流高压开关柜订购技术条件)的6.4.1中规定，如表1所示。

表1:以空气为绝缘介质的机柜中各相导体与地之间的净距(厘米)

序列号

项目

额定电压/千伏

3.6

7.2

12

24

40.5

1

导体和地面之间的净距离

7.5

10

12.5

20

30

2

不同相导体与地之间的净距离

7.5

10

12.5

18

30

3

导体和无孔块之间的净距离

10.5

13

15.5

21

33

4

导体和网块之间的净距离

17.5

20

22.5

28

40

5

裸导线和地板之间的净距离

237.5

240

242.5

248

260

6

修复裸导线之间的水平净距离

187.5

190

129.5

198

210

7

出口套管与室外通道地面之间的净距离

400

400

400

400

400

注:当海拔超过1000米时，每增加1000米，第1项和第2项的值应修正10%；3-6项分别增加1项或2项的修正值。

在此基础上，结合国内大多数零部件和绝缘材料制造商提供的高原产品的外观和安装尺寸，给出了相应的数据，如表2所示。这用作平台类型开关柜的主要部件的安装要求。

表2相间和相对空气绝缘距离(mm)

额定电压/千伏

海拔/米

1000

2000

2500

3000

3500

4000

3.6

75

83

86

90

94

98

7.2

100

110

110

115

125

130

12

125

138

138

144

156

163

40.5

300

330

330

345

375

390

3.2增加爬电距离

长期试验表明，绝缘介质的湿闪电压或污闪电压与其总爬电距离之间存在密切的线性关系。因此，引入了一个重要参数——爬电比距离。纯瓷和有机绝缘外绝缘爬电比距离的适用范围及相应值见表3。

表3爬电比距离(毫米/千伏)

污染程度

爬电距离

纯瓷器

有机绝缘材料

14

16

i

16

18

二

18

20

注:爬电距离=最大电压*爬电比距离，爬电比距离35kV开关柜正在考虑中。

多年的制造和运行经验表明，正常情况下，当海拔满足1000米≤H≤2000米时，开关柜柜内的主要部件可根据二级污染条件设计其外绝缘爬电距离，即瓷质为18毫米/千伏；有机绝缘为20毫米/千伏。(25毫米/千伏的有机绝缘可考虑用于一些污染严重的地区)。采用全工况时，由于采用了强化绝缘产品，初级元件的外绝缘尺寸有一定的裕量，因此应能完全满足这种海拔条件下的运行要求。

3.3改善母线的形状，增加电极的曲率半径，防止尖端放电。

一般来说，电极的曲率半径越大，其周围的电场分布越均匀，气隙的击穿电压越高。因此，在设计和制造时，铜排应尽可能选择边缘圆滑的R形排(例如，在KYN-40.5千伏柜中，所有的母线都采用硫化处理后的管状母线)。同时，尖锐的边缘、边缘、焊缝、毛刺等。必须尽可能消除电极上的电场，以提高电极表面的光滑度并消除局部场强。

3.4使用复合绝缘材料

当海拔高度达到2000米≤H≤4000米时，中压开关柜的形状应加宽、加高和加深，以满足表2中增加空气绝缘的要求。但是，在具体工程中，经常会遇到特殊情况，如开关柜安装基础已按平柜尺寸建造，或某些柜体有死角，空气绝缘距离达不到要求，导致表2要求的电气间隙，此时应采用复合绝缘。目前，阻燃绝缘产品如SMC板绝缘或包裹、热收缩带包裹、套管、硅橡胶绝缘套管等广泛用于复合绝缘处理，可达到良好的绝缘效果。

DL/T 404-1997 7.2.2.1 c)要求:“在金属封闭的高压开关柜中，如果用非金属制成的隔板来加强相间绝缘或相对接地绝缘，产品高压带电裸导体和绝缘板之间应保持不小于30毫米的空气间隙，为7.2 ~ 12千伏；在40.5千伏时，保持不小于60毫米的空气间隙，并由阻燃材料制成。”在此基础上，结合多年在高海拔地区的制造和操作经验，给出了表4所示的数据。

表4复合绝缘的空气距离(mm)

额定电压/千伏

海拔/毫米

1000

2000

2500

3000

3500

4000

7.2-12

30

33

35

36

38

39

40.5

60

66

69

72

75

78

3.5外部绝缘测试电压

根据GB311.1-1997:“当高压电器使用超过1000米但不超过4000米时，外部绝缘试验电压应为额定耐压乘以Kα。公式是

Ka=1/(1.1-H*0.0001)

其中h是使用地点的高度，m。

该系数是高原产品生产和检验的重要依据，也是高原地区安全可靠运行的重要保证。结果，可以获得各种海拔高度下的校正工频耐受电压水平，如表5所示。

表5工频耐受电压水平(千伏)

额定电压/千伏

海拔/毫米

1000

2000

2500

3000

3500

4000

3.6

25

28

30

32

34

36

7.2

32

36

38

40

43

46

12

42

47

49

53

56

46

40.5

95

95

111

119

126

135

注:上表中的每个值均为海拔1000米的工频耐压试验值

3.6机柜结构

在高海拔条件下，需要增加相对尺寸和相间距离，这将导致较大的尺寸开关柜。因此，建议各设计院在设计或订购时咨询开关柜制造商。

3.7辅助保护措施

由于高海拔地区特殊的气象条件，在容易结露的地区，除了增加部件外绝缘的爬电距离等措施外，在开关柜的设计中最常用的辅助保护措施包括结露控制器和加热元件的组合，以降低结露的可能性。冷凝控制器一般有1 ~ 2个特殊的冷凝传感器，体积很小，重量很轻，安装非常方便。一个传感器可以安装在断路器室，另一个安装在电缆室。可以随时监控被测环境的湿度变化。一旦湿度达到一定的水平，冷凝很可能发生，冷凝控制器将采取行动，使其相应的加热元件(如梳形加热器)开始加热和除湿，洪水开关柜。当冷凝条件消失时，加热元件自动断开，冷凝控制器返回监控状态。这个循环减少了凝结的机会。目前，在中国广泛使用的冷凝控制器包括Xi安远征的SDK系列和杭州开元的LK系列。实践证明，该冷凝控制器在高海拔地区具有良好的运行记录和应用前景。

4高海拔地区应对国外产品的对策

以厦门ABB公司的VD4M12系列真空断路器为例，根据昆明电气科学研究所ABB公司2000年4月13日提供的试验报告(报告号:2000007)和ABB公司的“高原VD4M12真空断路器”样品，ABB公司根据西部大开发的规划，对标准VD4M12真空断路器进行了改进，开发了高原vd4m 12真空断路器。从样品来看，平台VD4M12真空断路器与标准VD4M12真空断路器的区别主要在于:

(1)带裙边的灭弧室外桌，爬升距离大于225毫米；；

(2)环氧绝缘套管高度增加，主回路上下出线座中心距大于275毫米；

(3)环氧绝缘套管下端内表面加肋，外爬升距离达到230毫米；；

(4)在绝缘拉杆的上端增加带伞裙或裙的热缩套管，爬升距离达到230 mm

经过上述四项改进措施后，ABB公司的平台VD4 M12真空断路器完全能够满足海拔2500米的绝缘要求

以SIEMENS' 3AH系列真空断路器为例，SIEMENS认为断路器的额定绝缘水平(额定工频耐受电压、额定冲击耐受电压)是根据VDE标准0111文件和iec-71在标准状态(大气压力1013k Pa，温度20℃，相对湿度11g/m3)即海平面大气标准条件下制定的，随着海拔的升高，空气密度降低，绝缘子的绝缘水平降低。从海平面上升到1000米，上述额定绝缘水平略微降低9%，VDE、国际电工委员会和其他标准被认为是允许的。

西门子认为，海拔修正系数α应基于1000米处的隔热层，即比海平面隔热层低约9%(相当于0.91或1/1.1)。

西门子认为，当H≥1000米时，设备选型的参考公式为:

额定耐受电压选择值> =(所需的额定耐受电压/1.1*a)

下图显示了SIEMENS提出的高度修正系数曲线。

换句话说，SIEMENS并没有专门开发高原产品，而是通过参考海拔校正系数曲线进行校正计算，使用电压水平更高的产品来替代它们。例如，12kV系统在高海拔地区运行，根据海拔高度，其真空断路器的电压水平可以是12kV、15kV、17 kV甚至24 kV中的一种。这确实是应对高海拔地区的一项措施。

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