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摘要：国内现在运行的直流换流站海拔基本上处于2000m海拔以下，已运行换流站直流侧的海拔修正方法对于海拔高于2000m以上的直流换流站的适用性有必要探讨。为合理选取海拔高于2000m以上换流站阀厅内间隙的修正系数，比较分析了现有国内外标准中关于海拔修正的方法，并结合相并文献的实验结果，将试验结果与修正方法计算的系数进行了对比分析，推荐直流侧阀厅内的空气间隙距离修正采用DL/T620－1997方法进行海拔修正。
关键词：换流站；间隙；海拔修正
Abstract：The altitude of the DC converter substation s currently operating is basically below 2000 meters.It is necessary to discuss the applicability of the altitude correction method on the DC side of the operating converter substation to the DC converter substation with an altitude higher than 2000 meters.In order to reasonably select the correction coefficient for the clearance in the valve hall of converter substations above 2000 meters，this paper compares and analyzes the methods of altitude correction in domestic and foreign standards，and combines the experimental results of related documents to compare the experimental results with the coefficients calculated by the correction method.It is recommended that the air gap distance correction in the valve hall on the DC side adopts DL/T620－1997 method for altitude correction.
Key words：Converter substation；Air gap；Altitude correction
0 引言
2016年公司投标雅中-江西±800kV特高压直流输电工程雅中±800kV直流换流站，换流站站址海拔高度为2500米以上。除考虑换流站内交流间隙距离的海拔修正外，还要考虑直流侧间隙距离的非标准大气条件修正。国内现在运行的直流换流站海拔基本上处于2000m海拔以下，已运行换流站直流侧的海拔修正方法对于海拔高于2000m以上的直流换流站的适用性有必要探讨[2-4]。
在海拔2000米以上的地方，对直流换流站交流侧外绝缘海拔修正的方法已经在《高压配电装置设计规范》（DL/T 5352-2018）中有规定，而对于直流换流站直流侧外绝缘海拔修正的方法没有相关规程规范。为了保证换流站运行的安全性与经济性，需解决高海拔换流站设计过程中外绝缘（包括设备外绝缘选择与配电装置空间间隙距离的确定）修正的问题，合理选择换流站直流侧绝缘的海拔修正方法，对工程设计具有重要意义。
1 非标准大气条件修正方法[1]
随着海拔高度的增加，空气逐渐变得稀薄，大气压力和空气相对密度都会下降，空气间隙的电气强降低，放电电压随之下降；此外，由于受到空调系统的调节作用，对换流站阀厅内部进行修正时往往还需要考虑湿度、温度等的影响，因此非标准气象条件下的外绝缘海拔修正仍然是特高压直流输电中值得关注的重要问题之一。
1.1GB 311.1-2012（IEC60071-1∶2006）中的修正方法[1]
GB311.1-2012《绝缘配合 第1部分：定义、原则和规则》 3.3.2条及附录B规定了海拔高于1000m但不超过4000m的高海拔修正因数的计算公式：
式中， 为超过海平面的高度； 与电压类型和空气间隙结构相关的修正因子，修正雷电冲击和工频耐受电压取为1，修正操作冲击时 是操作冲击耐受电压 的函数，如下图所示，图中各曲线分别是： ，相地绝缘； ，纵绝缘； ，相间绝缘； ，棒板绝缘。
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图1 修正因子m
a）相对地绝缘 b）纵绝缘 c）相间绝缘 d）棒－板间隙（标准间隙）
1.1GB 311.1-1997在的修正方法[1]
对用于海拔高度高于1000m，但不超过4000m处的设备外绝缘及干式变压器的绝缘，海拔每升高100m，绝缘强度约降低1%。在海拔不高于1000m的地点试验时，其试验电压应为该标准规定的额定耐受电压乘以如下的海拔修正系数，为
需要指出的是，这个标准规定的设备外绝缘额定耐受电压已经考虑了海拔1000m及以下的气象条件变化对设备外绝缘放电电压的影响，故该方法无需对海拔在1000m及以下的设备进行外绝缘修正。但是，目前特高压直流输电系统的设备绝缘耐受电压并非按照该标准选取，因此这个方法并不适用于±800kV特高压直流换流站空气间隙的海拔修正。
1.2 DL/T 620-1997中的修正方法[1]
在该规范中给出了如下的海拔修正方法，当外绝缘所在地区的气象条件异于标准气象条件时，放电电压按下式校正：
空气密度对间隙的击穿电压有较大影响，主要原因是空气密度变化时，分子间的平均距离发生变化，直接影响到电子的平均自由行程，从而间接影响间隙气体的电离过程，改变间隙的击穿电压。
当海拔高度增加时，空气压力下降，密度减小，所以电子的碰撞电离过程中的平均自由程变大，在运动过程中可以积累更大的能量，在间隙距离较大的情况下，气体电离过程变得更加剧烈，所以间隙的击穿电压下降。
当温度增加时，电子的自由行程增加，积累的动能也增加，更容易造成气体电离；另外，温度增加，气体分子本身的热动能也增加，所以导致气体的热电离增加，这也会导致击穿电压的下降。所以，在其他条件一定时，温度越高，气隙的击穿电压越低。
空气相对密度定义为
湿度对击穿电压的影响比较复杂。实验表明，均匀电场中空气的放电电压随湿度的增加而增加，但程度极微。但在极不均匀电场中，空气的湿度对提高间隙击穿电压的效应就很明显。原因可能是水分子容易吸收电子而形成负离子，电子形成负离子后自由行程大减，在电场中发生碰撞电离的能力也大大减弱。随着湿度的增加，电子被水分子吸引而成为负离子的比例增加，负离子的质量较大，直径也较大，所以大大削弱了电子碰撞电离能力，从而削弱了间隙的电离过程，提高间隙的击穿电压。另外，在极不均匀电场中，平均场强较低，电子运动速度较慢，很容易被水分子俘获成为负离子。基于以上原因，湿度的增加会导致击穿电压的增加。
温度修正系数定义为
该修正方法在实际应用中需要取得包括温度、湿度在内的大气条件，且必须进行迭代计算，使最终的最小空气净距d收敛，适合应用在换流站阀厅内部的空气净距设计中。
该方法计算修正因数时，需根据中间参数g来确定其他参数，因此也称为“g参数法”。g参数法的计算公式和曲线是根据海拔2000m以下地区的试验数据总结而来，如果海拔超过2000m，则难以保证修正因数精度。
我国交流电力工程设计多使用前三种方法进行海拔修正，因此为推荐科学合理的海拔修正方法，本文结合相关的试验数据，将对这三本规程规范的高海拔外绝缘修正方法进行对比分析。
2 直流侧海拔修正方法比较分析
以上方法是海拔修正的几种常用方法，每种方法对于修正的适用场景也有不同的适用条件。
GB 311.1-1997中规定的设备外绝缘额定耐受电压已经考虑了海拔1000m及以下的气象条件变化对设备外绝缘放电电压的影响，故该标准中规定的方法认为无需对海拔在1000m及以下的设备进行外绝缘修正。但是，目前特高压直流输电系统的设备绝缘耐受电压并非按照该标准选取，因此这个方法并不适用于±800kV特高压直流换流站空气间隙的海拔修正。 的计算可以选择GB311.1-2012、GB/T 16927.1－1997与DL/T620－1997中方法的一种。目前各类文献中对非标准气象条件进行修正的方法较多，但不少方法往往只简单考虑海拔高度一个因素，应用起来较为简便易行，而结果往往显得相对粗糙。
GB311.1-2012方法只考虑海拔高度对于空气间隙距离的海拔修正。但对于直流阀厅来说，因为有空调对温湿度的调节，阀厅内温湿度与海拔高度不存绝对的对应关系，海拔高度不能全面反映空气密度及温度对放电间隙的影响，使得该方法对于阀厅内空气间隙海拔的修正偏差可能较大。GB/T 16927.1－1997 与DL/T620－1997方法虽然都考虑了空气相对密度及温湿度的影响，但GB/T 16927.1－1997中的g参数法计算公式和曲线是根据海拔2000m以下地区的试验数据总结而来，如果使用该方法修正海拔2000m以上地区的放电电压，难以保证修正因数的精度。
南方电网公司建设、运行的贵广I回和云广直流工程均面临高海拔问题。在两个工程的前期研究阶段，分别开展了换流站和线路典型空气间隙放电电压海拔修正的试验研究工作。
表2列出了不同海拔高度下软母线对构架和遮拦操作冲击放电电压试验结果的比值，试验地点分别位于昆明（海拔1970m）和北京（海拔50m）[2]。
管母线对地间隙操作冲击放电电压研究结果表明，在5m~8m范围内，修正因数为1.10~1.08。架空导线对杆塔空气间隙试验研究结果表明，间隙距离6.5~8.5m范围内，修正因数为1.12~1.10。根据DL/T620标准推荐的方法，当间隙距离大于6m时，海拔2000m地区操作冲击修正因数为1.10，与上述研究结果基本相同。
为了服务于青藏直流联网工程，中国电科院在拉萨高海拔试验基地（海拔4300m）开展了特高海拔地区空气间隙海拔修正的研究工作。根据文献，线路杆塔空气间隙距离2~6m范围内，操作冲击大气修正因数（海拔4300m数据与海拔50m数据比较）为1.75~1.38[2]。
海拔4300m地区的典型大气参数为：相对空气密度0.58，绝对湿度 。据此，间隙距离2~6m范围内，操作冲击放电修正因数计算值为1.73~1.28，计算结果与试验数据十分接近。
表3同时列出海拔高于2000m地区大气放电修正因数计算值，比较试验值与GB311.1-2012方法、GB/T 16927.1－1997方法与DL/T620－1997方法。
通过对表3中数据的比较来看，三种方法对于空气间隙的修正，GB311.1-2012方法对于海拔高于2500m地区的因数修正，其绝对值最大偏差为5.97%，最小偏差为2.8%。GB/T 16927.1－1997方法，其绝对值最大偏差为7.4%，最小偏差为0%；DL/T620－1997方法，其绝对值最大偏差为3.5%，最小偏差为0%。从图1与图2也可以看出，DL/T620－1997修正的结果与实际值最接近。且DL/T620－1997方法考虑了空气相对密度与温湿度对空气间隙修正因数的影响，考虑到阀厅内特殊的运行环境，所以建议直流侧阀厅内的空气间隙距离修正采用DL/T620－1997方法。
表2 不同海拔高度下软母线对构架与遮栏间隙操作冲击50%放电电压比值
图2 正极性操作冲击三种修正方法结果与实际值折线图
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图3 正极性雷电冲击三种修正方法结果与实际值折线图
3 结论
本文对比分析了国内外海拔修正的规程规范方法，并根据空气间隙实验结果，推荐直流侧阀厅内的空气间隙距离修正采用DL/T620－1997方法。
参考文献：
[1]周浩，邱文千，孙可等．特高压交直流输电技术[M]．浙江：浙江大学出版社，2014．
[2]赵宇明，黎小林，吕金壮，赵林杰.高海拔地区外绝缘参数海拔修正方法研究[J].南方电网技术，2011，5（2）：59-63.
[3]王烜，曹晓珑，宿志一．特高压换流站空气间隙放电特性的海拔修正比较研究[J]．电工技术学报，2006，21（6）：7-10．
[4]聂定珍，袁智勇．特高压直流换流站外绝缘海拔修正方法的选择[J]．电网技术，2008，32（13）：1-4．
作者简介：
魏星（1987- ），男，工程师，从事变电工程电气一次设计工作。