高海拔地區影響繼電保護設備的主要環境因素分析

〔摘

要〕本文通過選取青海電網不同地區的3座變電站進行環境評價，并結合實際缺陷情況和壽命統計數據分析造成繼電保護設備缺陷率升高的主要環境因素，并提出針對性解決措施?！睰eys〕高海拔；環境；繼電保護

0引言高海拔地區具有氣壓低、太陽輻射強烈、日照時間長、白晝溫差大等特征，青藏高原及內蒙古高原還存在干旱少雨、高寒多風、揚塵頻繁等氣候特征。隨著智能變電站及就地化保護的普及，研究高海拔地區環境因素對繼電保護設備的影響也日顯重要。以青海電網為例，處于不同地區的變電站在設備運行穩定率和使用壽命上表現有顯著差異。本文將通過環境評價的方式獲取幾座處于不同變電站的環境數據，并根據幾座變電站實際設備缺陷情況探究高海拔地區導致繼電保護裝置異常的主要環境因素。1.青海各地區變電站環境特征1.1西寧地區西寧地區屬于高原半干旱氣候，雨水較少，晝夜溫差大。年平均最高氣溫：13℃；年平均最低氣溫：-14℃。歷史最高氣溫：37℃出現在2000年；歷史最高氣溫：-27℃出現在1954年。年輻射量為6000MJ/㎡，日照時長2390.1h,年降水量382mm，年輕度及以上污染天數為11天。截止2022年8月底，西寧市變電站總數為69座，占全省變電站總數的30.26%，以地處青海省西寧市湟中區甘河工業園鋁業園西北側大石門330kV變電站為例，對西寧市本地區環境特征進行具體分析。通過連續兩日進行實地環境空氣檢測，獲得了大石門變日平均氣溫為1.6℃，氣壓為73.0Kpa，空氣中總懸浮顆粒物為0.19-0.2mg/m3。1.2海西州格爾木市：格爾木市屬高原溫帶干旱大陸性氣候，其特點為雨量稀少，蒸發量大，年輻射量6600MJ/m2～7100MJ/m2之間，日照時長3096.3h,年降水量184mm，年輕度及以上污染天數為24天。格爾木市變電站數量為30座，占青海省變電站總數的13.16%。以地處青海省海西州格爾木市烏圖美仁鄉伯力其村的伯力330kV變電站為例開展實地環境評價獲得以下數據伯力變平均氣溫為5.8℃，氣壓為68.15Kpa，空氣中總懸浮顆粒物為0.19-0.26mg/m3。1.3果洛州果洛藏族自治州的氣候，具有顯著的高寒缺氧、氣溫低、光輻射強、晝夜溫差大等典型的高原大陸性氣候特點。全年主導風向及冬季盛行風向均為W，年平均風速2.1m/s，最大瞬時風速23.7m/s；歷年最大積雪厚度16cm，年平均氣壓647.4毫巴。平均日照時數2569.41h，日照百分59%，年輻射量6600MJ/m2～7100MJ/m2之間。平均相對濕度63%，最小相對濕度0%，雷暴日平均數54.9d，大風日數63.6d，年輕度及以上污染天數為3天。果洛州變電站數量為14座，占青海省變電站總數的6.14%。以地處青海省果洛藏族自治州瑪多縣瑪多330kV變電站為例，對果洛地區環境特征進行具體分析。開展實地環境評價獲得以下數據瑪多變平均氣溫為-2℃，氣壓為60.2Kpa，空氣中總懸浮顆粒物為0.18-0.26mg/m3。通過以上3各地區的環境數據可以將低氣壓、沙塵、溫度及濕度變化大列為主要環境影響因素。其中西寧地區的各項指標居中。海西格爾木地區日照時間最長，降水量最少，空氣中總懸浮顆粒物為0.18-0.26mg/m3最高，氣壓值居中，污染天數最高。果洛地區氣壓最低、降水量最高。2.主要影響因素分析結合低氣壓、沙塵、溫度及濕度變化對電子設備影響的相關理論研究與青海電網的缺陷統計和運維習慣，分析主要影響因素。2.1低氣壓低氣壓會對對密閉性產生影響，密閉性能在低氣壓環境的影響最嚴重的因素是氣壓差，低氣壓使密閉元器件內外的氣壓差產生差異。在氣壓作用力的影響下，元器件的密閉性能會降低，進一步造成密閉元器件的損壞、儀器的失靈；低氣壓會對對散熱產生影響，隨著氣壓的降低，空氣的散熱能力下降，散熱元器件產生的熱量熱量難以通過空氣介質將熱能分散出去，從而降低散熱元器件的性能；低氣壓環境中，氣壓降低會導致在電場中電極強的部分產生放電現象，影響設備的正常工作，嚴重時可能會因異常放電導致電子元器件得損毀。根據青海電網統計分析系統數據表明，由于氣壓因素導致的問題主要體現在電解電容壓、晶體/晶振差大導致的漏氣或鼓包，開關MOS發熱/ESD損傷。但主要集中在品控不良的部分裝置中。2.2溫度、濕度變化濕度的增加主要影響集成電路板的絕緣性能，在濕度為55%的條件下，隨著溫度的上升(20℃→40℃→60℃)，吸濕速度加快，電荷積蓄速度也加快。易導致元器件擊穿。同時大雨天氣易導致密封不良設備進水導致短路。然而根據青海超高壓公司變電站運維技術規范巡視及檢修工作均重點強調匯控柜柜門的封閉，同時在同一天內由于柜內空調的調節，柜內濕度及溫度均會保持恒定，不易出現因集成電路板吸濕速率變化導致的元器件損壞。因此溫度濕度對繼電保護設備的影響較小。2.3沙塵沙塵主要對設備的影響體現在轉換部件的影響，觸點由合金制成，由于多方面的有機污染、無機污染、積塵和積碳等，在觸點表面上形成不導電的粉末狀聚合物膜、無機化合物薄膜，從而引起接觸電阻的增大和不穩定現象。在裝置上體現在電壓接點接觸不良，插件端子排插入不到位，元器件磨損。以及光纖法蘭頭的污染，導致光功率衰耗大。同時隨著灰塵的增加對設備散熱也會導致散熱不良。2.4缺陷數據分析根據青海電網繼電保護設備壽命統計。橫向對比這3座變電站的缺陷數據可以看出果洛變雖然溫度及濕度變化最為明顯，但缺陷率卻不高。比較氣壓因素果洛變較大石門變明顯降低，但因氣壓導致的缺陷未顯著上升，但在對比沙塵因素時可以發現伯力變因風沙天氣多，和同樣氣壓低的瑪多變相比，缺陷明顯更多，可以判斷風沙為主要影響因素，在具體的缺陷原因中確實可以看出是由風沙導致。通過總體缺陷數據來看，伯力變所在海西地區10年返修率為3.5%，大石門變所在西寧地區為2.5%，瑪多變所在果洛地區為1.1%。故障壽命拐點的數據分別為海西地區為第6年出現明顯上升拐點，西寧地區、果洛地區則為第8年。3.結束語溫度濕度變化對設備的影響可控、低氣壓理論上對裝置密封性、散熱性、元器件放電存在影響，但在合理設計電路、采用高質量元器件后，對繼電保護裝置的影響也較少，因此風沙（空氣中顆粒物多）是影響設備運行的主要因素。為此可以通過以下幾個方面來進行改善，可進行防護棚搭建、將匯控柜安裝在小型集裝箱中，加裝箱體防塵罩，對于接口和轉換部件做好防塵設計。通過針對性的防范措施可以顯著降低青海電網繼電保護的設備異常率，更好的保證電網安全，實現經濟效益。Reference：[1]魏屹.《環境對繼電保護裝置的影響》[J].《低壓電器》1995.02:046[2]王懷群.《濕度對嵌入元器件印制板絕緣材料的影響》[J].《科學技術與工程》.2013.06第13卷第17期:494