杨春光 李世奎
国网西藏电力设计咨询有限公司 西藏拉萨 850000
摘要：1000m海拔以下，高压35kV条件下开关柜母排间距以及开关对地安全净距，是通过对棒-板间距实验得出，实验数据表示两者之间存在明显结构差异。但3000m海拔及以上的地区，大气的压强降低，空气间隙的放电变得更加得容易。因此为了充分保障得出海拔3000m 35kV开关柜的安全净距，本文就对其进行模拟实验，对于不同的结构母排进行海拔3000m条件下的工频电压以及冲击放电实验，为海拔3000m条件下开关柜的设计以及制造提供充分的参考。
关键词：3000m海拔；35kV开关柜母排结构；安全净距
前言：通常情况下35kV开关设备的设计都需要以我国或者是行业的相关规定进行设计，其中明确的规定了裸导体至金属遮拦、裸导体对地以及裸导体之间等开关设备内部的安全静距离[1]。同时电力标准中对单纯以空气作为绝缘介质的金属开关设备以及控制设备不同电压等级的最小空气间隙进行了明确的要求。我国华北电力研究通过实验表明在1000m海拔以下的35kV开关设备之间以及其对地最小空气间隙应当大于360mm，同时我国国家电网的反事故措施中也提出了该安全距离。但是受限于开关设备在运行环境、制造以及安装过程中都存在着不同的情况，进而导致经常出现很高的故障率，而究其原因还是因为制造水平有限、断路器接触不良以及爬电距离以及空气间隙不够等原因产生的。3000m海拔的高原环境下，空气的密度相对较低，相应导致电气产品的外绝缘水平也随之降低，若绝缘尺寸或电气设备之间的距离不满足安全要求都将会提升设备的故障率。
1、试验的实现
在空气作为电气设备的绝缘介质时，带电部分与接地极的结构，决定了其最小的空气间隙[2]。因此为了充分得出在3000m海拔高原环境下35kV高压开关设备的不同母排结构的安全净距，笔者设计了模拟试验开关柜。笔者所涉及的模拟试验开关柜由固定支架、移动支架、母排支撑绝缘子、电机、可拆卸侧板以及柜体组成，利用电机的控制能够保障水平的移动支架。通过这个开关柜能够对35kV开关柜内相间以及相对地的各种情况进行试验，并在此基础上实现了开关柜内部不同结构方式，母排的布置情况。而借助步进电机真正实现了开关柜内部不同结构方式的母排布置，并且能够促进其自动移动，使整个实验的效率得到了充分的提升。
通常情况下高压开关柜内部母排结构可以分为平装铜排-平装铜排、立装铜排-立装铜排、平装铜排-金属网、立装铜排-金属网、平装铜排-金属折边、立装铜排-金属折边、平装铜排-金属侧板、立装铜排-金属侧板8种搭接方式。通过对这些典型的结构进行绝缘性能测试，能够将其电极结构以及接地机构的不同对电场的影响充分的反映出来，进而对未来的开关柜实际设计以及制造将会产生重要的现实意义。
2、空气间隙实验数据分析
2.1、试验数据
由相关规定对35kV开关设备施加持续时间为1分钟的95kV的工频电压，整个试验从放电开始，通过对开关柜中电机拖动的模拟实验真正实现可移动支架上母排的连续移动，也就是说距离从某一个放电距离开始，以毫米级逐级递增绝缘距离，最后得出在3000m海拔常温条件下进行4次以上的不放电工频距离，这个不放电工频距离即是最小电气距离。在进行冲击试验的过程中，冲击试验与工频试验相似，对35kV开关设备施加正负冲击为185kV的冲击电压，最后得出在3000m海拔常温条件下至少20次不放电的冲击距离。实验结果如下表所示。
表13000m海拔常温条件下35kV开关设备8中典型电气机构空气间隙最小不放电距离
2.2、实验数据分析
首先，笔者在此表明，在进行实验的过程中确实存在一定的随机误差，例如试验电压在允许的范围内进行一定的波动，实验的湿度以及温度等情况出现小幅度的变化，因此笔者采用增加实验次数的方式确保这些误差能够最大程度的缩减[3]。由于35kV开关柜内部母排相间以及相对地的电场都是非均匀电场，因此其自身的放电有着极大的随机性的特征，也正是因此冲击实验以及工频实验最小的不放电距离的最大值分属不同的结构，而最小的距离出现在平装铜排-平装铜排结构。
在进行实验的过程中，在工频最小不放电距离下冲击负极性的试验都能够保障出现不放电的情况，而正极性冲击不发生放电的最小距离相较于负极性冲击大，因此我们可以得出在正极性终极不发生放电的最小距离其实能够决定不同电气结构的最小不放电距离[4]。
在3000m海拔的条件下8中典型结构的冲击以及工频最小不放电距离都存在一定的差异，而整体上冲击以及化工频数据的变异系数分别为4.26%以及4.56%，因此我们能够得出，对于放电的影响，结构有着十分重要的作用。依据实验结果可得出海拔3000m及以上条件下，空气绝缘的35kV开关柜母排结构的安全距离为425mm[5]。
为了充分保障结论的正确性，笔者假设每次实验的误差都相同，那么在这种情况下相同结构对实验结果所产生的影响就会相对一致，我们将相对接地结构范围两种类型，将加压电极一样的分为一类，也就是立装铜排为加压电极以及平装铜排为加压电极，通过对比可知，加压电极为平装铜排情况下的4种结构工频以及冲击最小的不放电距离数据变异系数分别为3.35%以及3.01%，而加压电极为立装铜排的情况下4种机构工频以及冲击最小不放电距离数据变异系数为3.9%以及5.68%，将实验误差的影响忽略可知，加压电极为平装铜排的情况下数据的分散性更加明显，并且其自身放电的规则性相较于加压电极为立装铜排机构较大。
3、结论与建议
通过笔者的亲身实验，验证了在3000米海拔的条件下不同电气结构空气间隙的情况下的最小放电距离，为未来我国高原地区开关柜制造和设计提供帮助。本文的研究以及结论如下：
首先，设计了模拟实验开关柜，保障能够在充分模拟开关柜内部不同母排结构的设计情况进行考量，并且能够同时方便进行绝缘验证实验。
其次。在不同的结构方式之下，母排结构自身的放电特性也会出现相应的变化，因此得出其对应的安全净距也不尽相同，正极性冲击不发生放电的最小距离在某种程度上能够充分决定不同电气机构的安全净距。
最后，现阶段常见的8中常规结构中，参照实验结构得出35kV开关柜母排结构在3000m海拔的条件下空气绝缘的安全净距为425mm。
参考文献：
[1]王磊, 赵现平, 董俊,等. 2000m海拔35kV开关柜母排结构安全净距试验研究[J]. 高压电器, 2013(04):66-70.
[2]赵煜, 姚鹏, 罗少波,等. 高海拔条件下24kv开关柜真空断路器配合问题研究[C]// 发展战略性新兴产业,助推新能源装备制造——2014年第四届全国地方机械工程学会学术年会暨新能源装备制造发展论坛. 0.
[3]王跃, 刘光. 超声局放检测发现35kV 变电站35kV 开关柜套管放电缺陷分析[J]. 文摘版:工程技术, 2016, 000(002):P.121-121.
[4]李芳霞, 周长江. KYN28-12(Z)中置式开关柜两种特殊方案结构设计方法探讨[J]. 山东工业技术, 2014, 000(023):30-30.
[5]林君, 邓国亮. 用于高海拔地区的35kV手车式中压金属封闭开关设备的设计[J]. 电气工程学报, 2012, 000(001):38-41.