摘要：高低压开关设备在机械工业生产中占有重要地位，也是电力工业中的关键性设备，其生产和设计关乎国民经济和社会的有序运行。我国高海拔地区对高低压电气设备的要求比较特殊。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，确保其设备使用安全就十分必要。
关键词：高海拔环境；高低压成套开关设备；设计与应用
引言：
如今，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。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。
1.高海拔环境对高低压成套开关设备的特殊要求
近年来，随着我国社会经济的快速发展，国家加大了对西部地区的开发力度，并取得了一系列瞩目成绩。能够适应高海拔环境下的高低压成套开关成为支持西部大开发的重要内容。众所周知，我国幅员辽阔，气候差异明显。其中，海拔超过2000m以上的地区占到了我国总领土面积的30%以上，而海拔超过1000m的地区占到了总领土面积的一半以上。电力作为一项基础的民生工程，无论是对促进我国经济发展，还是提高人民生活水平店都有着十分重要的意义。在高海拔地区，由于地形相对复杂，气候也较为恶劣。因此，需要大量高低压成套开关设备配套使用。同时，恶劣的自然环境也会对成套开关设备产生影响。导致其自身功能无法得到充分发挥，缩短使用寿命。根据国家相关标准，高、低压成套开关设备分别适用的正常海拔为的1000m 以下和2000m以下。一旦超过这一标准，就需要对成套开关设备进行重新设计和试验。在设计环节就要充分考虑高海拔环境对高低压成套开关设备的影响。
2.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。
2.1对绝缘介质强度的影响
空气压力或空气密度对开关等电气设备的外绝缘强度会产生重要影响。在高海拔地区，随着海拔高度的不断上升，平均大气压和空气密度不断降低，成套开关设备的外绝缘强度也就随之下降。平均气压每降低7.7～10.5kPa，外绝缘强度降低8％～13％。随着海拔的上升、空气密度的下降，高低压开关设备运行过程中散热条件越来越差，空气绝缘强度也将变弱，容易导致元器件出现绝缘击穿等事故。高海拔地区恶劣自然环境的影响主要在于空气密度和湿度，空气密度降低将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。
2.2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。
2.3对电气间隙击穿电压的影响
电气间隙的大小和老化现象无关，与电气设备使用的环境有很大关系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在不同环境中使用同一电气设备时所出现的过电压大小各不相同。电气间隙参数实际上也是针对开关设备的绝缘性而来。因而在高海拔地区，高低压开关设备的设计和使用必须充分考虑当地空气密度、气压等条件，设定合适的电气间隙，从而保障高低压开关设备使用性能的稳定。
2.4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。
3.高海拔环境下高低压成套开关设备的设计要点
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。
4.高海拔环境下高低压成套开关设备应用分析
考虑到海拔上升的因素，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，需要注意以下几个应用关键点：一是开关和控制器件的选型一定要按照要求进行。二是在不同的海拔高度环境下，设备需要采用不同的结构。高压成套开关设备开关和控制器件的选型要满足高原环境的要求，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问题，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当严格要求，以便于提高设备的可靠性。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。
结束语
自我国实行改革开放以来，国民经济取得了飞速发展，电力需求猛增。由此可以预见，对高低压开关设备的需求将不断增长。近年来，随着经济社会的不断发展，各项新技术、新材料的运用对成套开关设备的制造提出了新的要求和设计方向，旧的产品和技术已经不能适应社会发展需要，高低压开关设备生产企业应抓住机遇，迎接挑战，在产品创新和转型升级上狠下功夫，从而为在新时期占据更大市场份额打下坚实的基础。
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论文作者:何沈财
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/25
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