高海拔環境對電氣試驗設備電場及絕緣影響研究

國網江蘇省電力有限公司建湖縣供電分公司 韓 晗

近年來我國加大了對西部地區建設力度，尤其是針對此類地區電力設備的建設工作，以及電氣試驗設備的應用都進行了探索和研究。但在高海拔地區的環境下，空氣濕度、溫度、壓力等因素都會對相關的電氣設備造成影響，尤其是由于一些氣候和地理位置的因素，相關電氣設備不能完全在此類環境下正常工作，對于絕緣設備這類影響往往更為嚴重，需要進行相關的調節和修正，才能滿足在高海拔地區正常穩定工作的需求，推進我國高海拔地區電氣設備的建設和維護工作，保障地區性的正常用電。

1 我國高海拔地區特點及影響

1.1 高海拔區域特點

在我國高海拔地區主要是指海拔超過一千米的地域，主要特點是氣溫低、晝夜溫差較大且濕度低、雷暴天氣多、氣候干燥等。我國高海拔地區主要分布在西部等偏遠地帶，環境相對較為惡劣，自然氣候條件較差，相應的人口流動少。氣壓、濕度、溫度等參數隨著海拔增大而隨之有很大程度變化，而不同地區的同海拔位置相應參數也不盡相同。電氣試驗設備的特點要符合環境條件要求，根據實際的環境影響對設備進行相應選擇和設計，并采取相應的維護方案[1]。

1.2 高海拔環境對電氣設備影響

氣壓對電氣設備影響。高海拔地區一般來說氣壓低，對電氣設備會造成相應影響。如氣壓低會降低電氣設備內部保護層的空間，使電氣設備對于電流傳輸的能力效果大為降低。在電氣內部保護層傳輸電流較低時，保護層還能對電流傳輸起到一定分擔作用，使得電氣設備能安全穩定工作；但如設備內部的傳輸電流強度增加、相應的氣壓低所造成的外部絕緣層對于電流分擔能力低，就會造成電流放電，導致電流傳輸不穩定現象出現，危害整體設備安全。

空氣密度對電氣設備的影響。高原等高海拔地區由于氣壓低，相應的分子間距離減小，因此空氣密度也會相應增加。所造成的影響，一方面空氣密度增加會使電子設備電子微粒附著增加，相應的供應電流傳輸衰減。在電氣設備正常運行電流輸入正常時，相應的電流介質傳輸質量較低、電流量減少，會導致電氣設備電流供應量不足、啟動時間長、傳輸效率低等問題；另一方面，空氣密度大會導致相應設備中由直流電到交流電的轉化過程效率低、速度慢，電力設備的開關是控制直流、交流的關鍵設備。在空氣密度大情況下啟動設備開關會使其中的電流傳輸較大，機械設備無法承載這一壓力就相應會造成電氣設備超負荷運行或負載不足，降低安全性甚至開關失靈，危害整體設備正常運行。

氣溫變化對電氣設備的影響。高海拔地區氣溫發生變化會造成相應的電氣設備問題，高原氣溫升高會對電氣設備絕緣層的表層造成影響，表皮變軟會使相應的電氣設備失效，電氣設備的外部會出現導電情況，給相應的設備安全造成威脅。

高海拔對通斷性能的影響。高海拔地區的空氣壓力低、分子間隙小，使得電氣滅弧能力降低[2]，會在一定程度上影響滅弧裝置的運行壽命，對電氣設備的正常運行造成極大影響。

高原環境對電氣設備外形和密封的影響。空氣密度低會使元件密封性能不好導致電流泄露，同時紫外線強度高會使得一部分密封元件設備老化，在這種老化影響下會導致設備電流泄露速率加快，最終引起安全事故，這是由于對電氣試驗設備的電場和絕緣材料產生影響而導致，使這些材料的物理化學性質發生變化、產生了不可逆轉的效果。還有一部分影響是在低氣壓和低溫同時出現的高海拔地區，會使潤滑油發生結構化的變化，失去原有的潤滑效果，失效后的潤滑油相關作用位置會使電氣設備的表面摩擦增大，從而影響性能。

輻射對電氣設備的影響。在海拔大于五千米的高海拔地區，在正午最大太陽輻射角會比平原地區的相應數值大。相應的正午太陽熱輻射會增大，對電氣設備的影響就是會融化相應設備，加熱戶外的電子電工產品設備，同時較強的紫外線輻射會在加熱電氣絕緣材料的同時降低其物理化學性能，進而會使相應的材料變形，產生熱力機械應力。紫外線的相應增加也會使電氣絕緣有機材料失去性能，使周圍的空氣易于電離，設備周圍電場強度降低進而導致外絕緣強度及電場起始電壓降低，影響設備的性能。

雷暴對電氣試驗設備影響。在高海拔地區雷暴天氣出現頻率高，雷暴天氣平均出現日時間會遠高于平原地區，相應的對電器絕緣設備造成影響，高壓雷暴在擊中電力材料后會造成電氣絕緣材料的擊穿現象，元器件損壞，危害設備安全運行。

濕度對電氣設備的影響。在高海拔地區的濕度過大會造成相應的電場強度降低，究其原因是水分子由于濕度低更容易相互結合并與相關的負電子結合，相應會導致電子的自由度降低，最終在電場中電離能力降低，且隨濕度的增加電子的結合會使放電電壓升高、從而電場強度增大，會使電子運動能力增強、更加不容易電離。因此在電氣試驗設備運行過程中，空氣濕度低不會使電氣設備絕緣能力發揮作用，降低相應設備的安全性。

2 電氣設備試驗的概述

隨著電力基礎設施建設要求的不斷擴大，社會上對于電氣設備的安全性也提出了更高的要求，在部分地區的大規模高頻次停電現象十分嚴重，給當地經濟社會發展造成了巨大影響和損失，因此需對電氣設備的安全性加以探究和實驗。在高電壓影響下，電氣設備難免會出現絕緣性等安全上的問題，最終可能導致電力設備故障，給電氣系統的正常運行造成負面影響，降低電力的正常供應效果[3]。

2.1 電氣試驗分類

電氣試驗設備是指在正常的電力運行中，判斷相關的電氣設備能否按照要求投入運行，從而確保設備不會損害，主要包括了預防性試驗設備和交接性試驗設備。具體而言就是對其絕緣性和自身特性的相關實驗。

絕緣試驗是指針對電氣設備在絕緣方面的缺陷。由于外界的相關作用，如工作電壓、機械應力和化學作用等影響導致絕緣缺陷從而采取的試驗。其中主要有集中性缺陷和分布性缺陷，針對這兩部分缺陷采取不同的相應試驗：一是非破壞性實驗。是指在低電壓下或非絕緣情況下測量絕緣材料的特性，判斷絕緣材料內部的相關缺陷，但由于絕緣試驗的電壓較低，不能有效測量材料內部的相關缺陷，因此不能單純只靠這種方法來判斷絕緣材料內部的絕緣水平；二是破壞性實驗。是針對危險性圈套的集中性缺陷試驗，雖具有較為明顯的缺點，在實驗中會對被試設備的絕緣材料造成一定的損傷，但仍不影響其在絕緣試驗中發揮作用，需在非破壞性試驗后進行才能對相關的設備安全進行充分了解。

另一種是對材料本身特性的實驗。主要是通過對電氣設備的機械或電氣系統的特性進行測試，如對變壓器的極性試驗和線圈的電阻測量，以及斷路器的電阻測量等，這些實驗都會在一定程度上暴露設備本身的缺陷，要對相關實驗數據進行橫向和縱向比較，并通過實驗數據的綜合分析來判斷設備本身的相關缺陷，給之后的維護和檢修提供數據依據。

2.2 電氣設備實驗的作用

在高海拔地區的電氣設備運行過程中，外界因素的作用影響下會對其性能造成改變。這些外界因素主要包括以上所述幾種氣候外部條件，以及電氣設備本身的材料問題，由于設備本身在這些因素影響下會出現無法預知的故障和問題，甚至會導致高海拔地區電力系統的中斷崩潰。因此針對電力系統中電氣設備的運行應進行電氣設備實驗，如絕緣性實驗，從而保證電力系統的正常運行，對電氣設備的試驗方案設計是很有必要的。

3 高海拔地區電氣設備試驗方案

針對高海拔地區的電氣設備影響，應當提出更加有效地解決措施，從而避免其在電場強度和絕緣材料上造成的影響，對相關的環境因素進行分析，使電氣設備的高海拔地區應用能實現更好的發展，為這部分地區的電力供應提供保障。

絕緣層的調節方案。為應對高原環境給設備帶來的外部影響，要對絕緣層進行相關的設計試驗調節。首先確保絕緣層能緩解電氣設備電流所帶來的負面沖擊，具體就是在高海拔地區下對電壓降低和空氣密度增加的相關應對措施，根據高原高海拔地區的需要增加絕緣材料的厚度、增大電流傳輸時間，從而能進一步縮小電流放電的干擾作用；二是對高原環境下絕緣材料的調解過程也要結合地區的環境溫度來確定厚度，從而使絕緣層能夠在電氣設備的保護中發揮其應有作用。比如施工人員在進行絕緣層設計時，根據不同地域的溫度和高度情況將相應的厚度進行增加和調節、實行不同的絕緣方案，才能滿足高海拔地區的電氣設備需求。

電場調節方案。對于電場強度的調節，主要分為對開關設備的設定和電壓電阻的大小調節。首先對電氣設備開關要重新設定，針對高海拔地區的環境條件使用增強的方式對電氣設備開關進行相應改造，縮短開關連接長度，在開關無法完全閉合時中斷循環結構就能保持電氣設備線路斷路，從而能對電氣設備的線路保護提供作用；二是對電壓的檢測控制，要對電氣設備的應用干擾進行電器電壓的調節，比如對相應氣壓的變化，重新設置設備應用電壓，根據這一電流重新調節氣壓的方式，將電氣設備工作電壓調節到高海拔地區的正常水平，能在電氣試驗設備正常運行中調節電場強度；三是對電阻溫度的調控，就是要在電氣設備電流電阻中進行恒常性調節，使電流帶電粒子的運動速率減慢，從而控制電場強度，能保持在一定的可控區域內，減緩設備的電流傳輸干擾，保持電氣設備電流輸送的穩定性。

綜上，在我國高海拔地區的電氣試驗設備運行中，要針對其海拔所帶來的環境因素影響對相應的電場強度和絕緣層厚度進行調節，從而使電氣設備在受到壓力、溫度和空氣密度、濕度等因素影響時能自我調控或采取相應的應對措施，保證高原高海拔地區電氣設備的正常運行，實現對這部分地區的電力穩定供應。