高海拔地區主要電氣設備的選型探索

袁致忠

（紫金礦業集團股份有限公司，福建 龍巖 364200）

西藏某多金屬礦山以日處理10 萬t 采選工藝為主，主要產品為銅、鉬等多金屬，項目于2021年12月底正式投產。該選礦系統平均海拔在4875 m，其中最高海拔采礦廠機械維修車間在5370 m，屬于超高海拔范圍。由于高海拔地區環境的特殊氣候條件，對主要電氣設備的選型提出更高的要求，現結合西藏某多金屬礦山電氣設備選型成功經驗，提出對高海拔主要電氣設備的選型進行探索和研究。

1 高海拔地區的主要氣候特性

據相關資料表明，我國的高海拔及以上地區面積達到了總國土面積的33%以上。高海拔及以上地區的氣候條件相對比較特殊，每一項都對電氣元器件的選擇產生重大影響，主要包括以下幾方面：空氣氣壓低，環境溫度低、溫差大，空氣干燥，紫外線強，降水量較少。

2 高海拔及以上地區10 kV開關柜的選型

2.1 電氣設備的絕緣強度易受到氣壓與空氣密度的影響

2.1.1 對空氣絕緣介質強度的影響

電氣設備的絕緣強度會將空氣作為絕緣介質，而在高海拔及以上地區，隨著海拔的提升，絕緣強度也會隨著空氣中氣壓的降低而逐漸降低。所以部分企業在高海拔地區設計10 kV 開關柜型時，選用KYN28-24柜型，以增加導體之間的絕緣間距，來滿足高海拔的使用要作；在超高海拔和極高海拔地區設計10 kV 開關柜時，優先選用氣體絕緣開關柜型。

2.1.2 擊穿電壓對電氣間隙的影響

隨著海拔的升高，環境溫度的降低，氣壓也進一步下降，電氣元器件的擊穿電壓也會因此出現下降現象。只有增加爬電距離、電氣間的間隙，才能保證電氣設備在高海拔及以上地區安全穩定運行，在高海拔地區也能保證電氣產品擁有相應的耐壓能力。

不同海拔高度下，將空氣作為絕緣介質的柜內相各間及對地凈距會隨著電壓等級的不同發生變化。

當開關柜的外形尺寸受現場條件的限制時，開關柜的設計時，基本采用絕緣板來增加絕緣距離，具體按如表1所示選用。

表1 海拔高度與開關絕緣距離的關系

2.2 環境溫度的降低及變化對電氣設備性能的影響

在高海拔及以上地區，其溫度會隨著時間段的變化而發生變化，對環氧樹脂電氣產品，容易產生開裂、塑性變形等損壞事件，可能造成電氣安全事故。

高海拔地區的環境溫度相對較低，開關柜內的元器件必須滿足低溫環境的要求，如塑料配件塑性變形的選擇和潤滑方式的選擇等。

2.3 環境污穢對電氣間隙和爬電間距的影響

高污穢環境對電氣設備電氣間隙和爬電間距的影響主要有以下幾方面。

2.3.1 電氣元器件及連接部位的腐蝕影響

高海拔及以上地區還有可能存在粉塵、鹽霧、高污穢腐蝕性氣體等使用環境，當其與潮濕性環境發生反應后，其腐蝕性也會變得極強。隨著其所處時間的延長，可能還會出現下述問題：裸銅母線的部分部位可能會變為淺藍色或黑色并脫落；腐蝕鍍銀母線和鍍銀開關接頭，導致銀線突出（銀須效應）；母排過熱，母排的連接處的導電性降低，這會引發高電阻現象，可能會出現母排接觸點溫度過高等問題；抽取式鍍銀觸點開始氧化，觸點變黑，并開始出現過熱。

以上問題如果是一次回路出現故障，可能會導致絕緣擊穿、過熱，從而引發接地故障；如果是二次回路出現故障，將出現誤報、誤分合或拒動等問題，直接影響設備的安全性能，同時將造成事故停電。

2.3.2 高污穢環境下對開關柜結構零件的腐蝕影響

開關柜結構零件的表面處理工藝直接影響電氣設備的安全運行，特別是高污穢環境下開關柜結構零件表面處理尤為重要，漆膜工藝和厚度，鍍鋅層工藝、附著力和厚度等指標等應該根據實際使用情況進行調整。不同污穢程度對應了不同的指標等級，在選擇鍍鋅層厚度、防護漆品牌時，也應該根據實際的污穢程度進行調整，減少污穢環境對開關柜結構件的腐蝕作用，同時加強電化學腐蝕防護措施。須要注意的是，一旦開關柜結構零部件受到腐蝕，產品的性能也會受到影響，例如：承擔動熱穩定性的開關柜結構部件就比較容易受到腐蝕，引發產品性能問題。

2.3.3 高污穢環境下對開關柜元器件的腐蝕影響

開關柜元器件在高污穢環境下非常容易受到腐蝕，如果元器件要應用于高污穢環境中，一方面要提升其設計的防護等級，在元器件的結構設計階段，就要考慮在高污穢環境下腐蝕影響，提高防護等級，對其中設計不合理的地方進行優化；另一方面，還可以根據高污穢環境的實際情況，依照我國的相關規范與標準，選擇相應的金屬材料進行控制，例如：進口敷鋁鋅鋼板的耐腐蝕能力極強，通過表面處理工藝對金屬板材進行優化（例如加鈍化處理），都能夠提升元器件在高污穢環境中的耐腐蝕能力。除此之外，油品牌、牌號、涂層附著力、涂層厚度、質量檢測標準等，都是須要考慮的因素。

2.4 強紫外線對電氣設備的影響

高海拔地區太陽輻射比平原高的多，同個地區不同時間段的太陽輻射也不相同，較強的紫外線會加熱電氣設備或電纜材料，特別是對吸熱較強的顏色特別明顯，造成絕緣材料的性能下降，使導電體之間的空氣電離形成短路故障；同時也會造成部分材料塑性變形產生結構強度下降。

2.5 改進銅排及導體的外部形狀，均勻電場分布，防止尖端放電

為減少銅母排之間的尖端放電現象，盡量選用倒角銅排，應該將銅母排的毛刺、棱角清除干凈，使銅母排的表面粗糙度盡可能降低，減少尖端分電現象發生。

3 高海拔地區低壓電氣設備的選型

3.1 高海拔低壓電氣設備的降容分析

針對高海拔地區地理位置標高的抬升，造成現場環境溫度的降低。海拔每升高100 m，電氣設備的溫升升高約0.1～0.5 K，查詢國家標準，溫度的降低足夠補償由于海拔升高對電氣溫升的影響。

對于連續工作的大發熱量電氣設備，如電阻或水電阻等，可適當降低容量來使用，保證設備的運行安全。

部分品牌在不同海拔下的降容要求，當海拔高度超過2000 m 時，大氣中的絕緣性能、冷卻性能、空氣壓力等都會發生變化，其性能參照表2、表3所示修正。

表2 海拔高度與電壓之間的關系

表3 海拔高度與電流之間的關系

3.2 耐壓等級

通常情況下，低壓電氣在設計與制造時，已考慮了不同海拔對電氣元器件的影響，據相關試驗表明，大部分電氣元器件都能夠適應海拔4000 m以下的高海拔地區，都能在額定條件下正常運作。

上述斷路器降容說明表中，明確地指出了斷路器的工作電壓存在降低現象，因此在電氣設備選型時，電氣元器件應該確保額定電壓≥690 V，才能滿足高海拔地區的正常使用要求。

3.3 動作特性

對于熱繼電器等利用雙金屬材料來檢測電流發熱溫度而動作的電氣元器件，隨著海拔高度的升高，環境溫度會降低，雙金屬材料的發熱特性也會改變，將造成電流整定值與實際運行電流存在差異，起不到過載保護或短路保護功能。

低壓熔斷器熔體的額定載流量在過載保護情況下，熔斷時間隨高海拔現場環境溫度下降而抬升；而在短路保護情況下，熔斷時間只隨電流的大小相關，與環境溫度的變化無太大的關系。

4 高原電氣設備的標識

根據國家標準GB/T 20626.1—2017《特殊環境條件高原電工電子產品》的規定，結合實際使用環境下的高原條件、海拔高度等數據，在相應海拔分級區間確定產品和設備的海拔適應能力級別，具體如下：G2 級別，海拔高度在1000 m 以上，不超過2000 m。G3 級別，海拔高度在2000 m 以上，不超過3000 m。G4 級別，海拔高度在3000 m 以上，不超過4000 m。G5 級別，海拔高度在4000 m 以上，不超過5000 m。如須按實際海拔標注的，可按如下方法標注，如G2.5表示海拔為2500 m；G3.6表示海拔為3600 m。

5 結束語

本文通過對高海拔地區特殊氣候條件，結合電氣設備及電氣元器件在不同海拔高度的特性曲線和選擇要求，提出了合理的選型方案，確保高海拔地區電氣設備安全穩定運行。