(宁夏力成电气集团有限公司 宁夏 750000)
摘要：成套开关设备在电力工业中占有重要地位，也是电力工业的关键性设备，其生产和设计关乎国民经济和社会的有序运行。高原地区对成套开关设备的要求比较特殊。从目前来看，我国高原电力工程中虽然成套开关设备在已经得到了较为广泛的应用，但任然存在需要改进和完善的方面。因此，对运用于高原环境下的成套开关设备需要进行重新的设计研究，确保设备能够在高原环境中安全运用。
关键词：成套开关设备；设计应用；高原环境
在经济技术的发展过程中，成套开关设备已经广泛应用于电力设备网络中，我国地域广阔，成套开关设备在高原环境下应用不可避免，常规设备在高原环境下使用最主要的是其外绝缘能力和使用寿命会下降，并且容易产生其他电气事故，此种情况需要成套厂商在考虑高原环境的基础上对设备进行优化设计来提升产品在高原环境下的使用性能和安全性能。
1、高原环境对成套开关设备的特殊要求
随着中国经济的快速发展，高海拔地区的成套开关设备的用量与日俱增。依据国家标准和行业标准规范，成套开关设备安装使用海拔高度，低压不应超过2000m，而中高压不应超过1000m。如何使成套开关设备突破上述海拔高度的限制，这是各成套厂家和元器件厂商需要解决的问题。相关标准也规定高原环境是指海拔超过1000m的地域，而我国海拔超过1000m和2000m的高原区域各自约占总面积的58%和33%。就目前而言成套厂商对高海拔地区使用的高原型开关设备一般采取两种解决办法：一是根据“海拔修正”后的技术参数对原普通产品进行改进设计和出厂试验；二是在国家管理部门指定的检测中心进行高海拔开关设备的型式试验并取得相应的合格证和许可证后进行生产。因后者费用较高，周期长大多厂商根据经验值多采用第一种方案解决高海拔地区的成套开关设备运用。
国家标准规定运用于高原环境中的成套开关设备的外绝缘额定绝缘水平需要根据海拔高度进行校正，通过成套开关设备额定电压等级和在海拔高度1000m时绝缘水平值可以计算得出不同海拔高度下不同额定电压等级成套开关设备的外绝缘强度具体数值如下表1所示。
表1：不同海拔高度下不同额定电压等级成套开关设备的外绝缘强度值
成套开关设备外绝缘强度由电气间隙和爬电距离决定，电气间隙的大小决定了耐冲击电压的能力，爬电距离的长短影响工频耐压的大小。根据表1数据值，要使得成套开关设备达到表中外绝缘强度值需要加大成套开关设备相间和相对地间距以及各导电部分的电气间隙和爬电距离。
2、高原环境对成套开关设备的影响
2.1高原自然环境气候条件的特征。高原环境特征主要表现在空气压力和空气密度较低；空气温度较低，温度变化较大，昼夜温差大；绝对空气湿度较小；太阳辐射较强且降水量较少；常年大风天气多,沙尘也较多；土壤温度较低,冰冻期长这六个主要方面。
2.2低气压对成套开关设备的影响。随着海拔增高,空气密度相对变小，带电质点平均自由行程增大，电子单位行程距离中的碰撞次数减少，但每次碰撞前所积累的能量增大，空气分子电离的概率增大，故随着海拔的增高，空气绝缘强度降低,成套开关设备外绝缘强度就会下降。就好比是一辆车在车流量较多（低海拔环境空气密度大）时需要花费长的时间通过一段路程，但在车流量较少（高原环境空气密度小）时通过上述路程需要的时间就会短一些。
空气压力和空气密度的降低,使得以空气作为灭弧介质的开关电器的灭弧性能下降，其关合、开断能力降低以至于开关设备电寿命缩短。其具体表现在电弧燃弧时间随海拔升高即气压降低而延长和电弧的飞弧距离随海拔升高即气压降低而增加两个方面。
2.3其他高原环境对成套开关设备的影响。高原环境中平均空气温度和最高空气温度都随海拔升高而降低,成套开关设备在运行过程中会产生大量的温升，高的温升对设备有相当大的危害，所以高原环境的低温可以对成套开关设备的温升可以起到一定的补偿作用，这一特点对成套开关设备来说是有益处的。但是较大的温度变化使成套开关设备内部的元器件的外壳容易变形和龟裂,密封结构易于破坏，此类元器件主要是是以环氧树脂和橡胶等复合材质组成的绝缘件，比如开关设备使用的穿墙套管、绝缘支柱、触头盒和互感器等。
3、高原环境下成套开关设备的设计
3.1设计要求。根据上述高原环境特征以及对成套开关设备的影响重点，运用于高原地区的成套开关设备要结合海拔高度、空气密度、气压大小等这些影响因子进行特定设计。一是整体确定成套开关设备外绝缘强度大小，即确定产品主要部位电气间隙和爬电距离，这也就确定了开关设备的外形尺寸大小。过成套开关设备额定电压等级和在海拔高度1000m时电气间隙值可以计算得出不同海拔高度下不同额定电压等级成套开关设备的电气间隙具体数值如下表2所示。
表2：不同海拔高度下不同额定电压等级成套开关设备的相间及相对地电气间隙（mm）
二是成套开关设备产品，都具有明确的隔室划分，各不同功能的隔室组成个体产品，再由这些个体产品通过电气布置成套使用于不同功能的电力网络中。针对高原环境下运用的成套开关设备在设计时可根据产品各隔室进行各功能单元满足性设计。三是成套开关设备元器件和绝缘件选用高绝缘强度和爬电距离增大的，以保障其在低密度环境下不能够出现绝缘击穿现象。
3.2设计要点。高原环境下成套开关设备的核心设计要点是如何增加电气间隙及爬电距离。如果完全按表2中列出的电气间隙大小进行产品设计能够满足使用要求，但是存在两个突出问题，一是产品体积较大，客户和厂商成本都会增加，整体而言不太经济；二是与成套开关设备配套的内部元器件和绝缘件需要加大尺寸进行重新设计，元器件和绝缘件厂商也需要投入精力进行高原环境产品研究。针对问题一，在设计时可增加产品主要外绝缘强度需求处的相间及相对地间距，不至于产品整体尺寸过大而使得客户无法选择使用。剩余的电气间隙及爬电距离通过调整产品各隔室相关布置尺寸和采用不同形状、材质实现。比如将成套开关设备母线室依据需求设计到需要尺寸，将三相穿墙套管进行三角布置，穿墙套管处安装板采用非导磁材料，母线室母排采用管型母排，管型母排折弯处曲率设计要大，表面进行硫化处理等一系列措施。同时母线室和其他隔室之间安装梁采用绝缘材料加工，绝缘材料需具备高绝缘、易散热、耐温差高的特性，这样也能弱化成套开关设备局部形成的悬浮电位，避免形成尖端放电。针对问题二元器件和绝缘也不能一味的加大尺寸以满足高原环境使用，穿墙套管、触头盒或绝缘支柱，需要采用增强绝缘的材料并加大爬距。增加元器件和绝缘件爬距最简单方法是将伞裙设计为不同直径并错落布置，每个伞裙边缘设计为鸭嘴开口式并进行特殊处理。
4、结束语
成套开关设备运用于高原环境时要能够实现高的外绝缘强度，并能够保证其各运行参数正常和使用安全，高原环境下的成套开关设备的使用性能、安全性能，应更稳定、更安全、更可靠。
参考文献：
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