高海拔地區(qū)影響繼電保護設備的主要環(huán)境因素分析

高海拔地區(qū)影響繼電保護設備的主要環(huán)境因素分析

〔摘

要〕本文通過選取青海電網(wǎng)不同地區(qū)的3座變電站進行環(huán)境評價，并結(jié)合實際缺陷情況和壽命統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析造成繼電保護設備缺陷率升高的主要環(huán)境因素，并提出針對性解決措施?！睰eys〕高海拔；環(huán)境；繼電保護

0引言高海拔地區(qū)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(nèi)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(qū)環(huán)境因素對繼電保護設備的影響也日顯重要。以青海電網(wǎng)為例，處于不同地區(qū)的變電站在設備運行穩(wěn)定率和使用壽命上表現(xiàn)有顯著差異。本文將通過環(huán)境評價的方式獲取幾座處于不同變電站的環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)幾座變電站實際設備缺陷情況探究高海拔地區(qū)導致繼電保護裝置異常的主要環(huán)境因素。1.青海各地區(qū)變電站環(huán)境特征1.1西寧地區(qū)西寧地區(qū)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(xiàn)在2000年；歷史最高氣溫：-27℃出現(xiàn)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(shù)為11天。截止2022年8月底，西寧市變電站總數(shù)為69座，占全省變電站總數(shù)的30.26%，以地處青海省西寧市湟中區(qū)甘河工業(yè)園鋁業(yè)園西北側(cè)大石門330kV變電站為例，對西寧市本地區(qū)環(huán)境特征進行具體分析。通過連續(xù)兩日進行實地環(huán)境空氣檢測，獲得了大石門變?nèi)掌骄鶜鉁貫?.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(fā)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(shù)為24天。格爾木市變電站數(shù)量為30座，占青海省變電站總數(shù)的13.16%。以地處青海省海西州格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)伯力其村的伯力330kV變電站為例開展實地環(huán)境評價獲得以下數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)54.9d，大風日數(shù)63.6d，年輕度及以上污染天數(shù)為3天。果洛州變電站數(shù)量為14座，占青海省變電站總數(shù)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(qū)環(huán)境特征進行具體分析。開展實地環(huán)境評價獲得以下數(shù)據(jù)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(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)可以將低氣壓、沙塵、溫度及濕度變化大列為主要環(huán)境影響因素。其中西寧地區(qū)的各項指標居中。海西格爾木地區(qū)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(shù)最高。果洛地區(qū)氣壓最低、降水量最高。2.主要影響因素分析結(jié)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(wǎng)的缺陷統(tǒng)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(chǎn)生影響，密閉性能在低氣壓環(huán)境的影響最嚴重的因素是氣壓差，低氣壓使密閉元器件內(nèi)外的氣壓差產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的熱量熱量難以通過空氣介質(zhì)將熱能分散出去，從而降低散熱元器件的性能；低氣壓環(huán)境中，氣壓降低會導致在電場中電極強的部分產(chǎn)生放電現(xiàn)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(jù)青海電網(wǎng)統(tǒng)計分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)表明，由于氣壓因素導致的問題主要體現(xiàn)在電解電容壓、晶體/晶振差大導致的漏氣或鼓包，開關MOS發(fā)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(jù)青海超高壓公司變電站運維技術(shù)規(guī)范巡視及檢修工作均重點強調(diào)匯控柜柜門的封閉，同時在同一天內(nèi)由于柜內(nèi)空調(diào)的調(diào)節(jié)，柜內(nèi)濕度及溫度均會保持恒定，不易出現(xiàn)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(xiàn)在轉(zhuǎn)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(wěn)定現(xiàn)象。在裝置上體現(xiàn)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(shù)據(jù)分析根據(jù)青海電網(wǎng)繼電保護設備壽命統(tǒng)計。橫向?qū)Ρ冗@3座變電站的缺陷數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)來看，伯力變所在海西地區(qū)10年返修率為3.5%，大石門變所在西寧地區(qū)為2.5%，瑪多變所在果洛地區(qū)為1.1%。故障壽命拐點的數(shù)據(jù)分別為海西地區(qū)為第6年出現(xiàn)明顯上升拐點，西寧地區(qū)、果洛地區(qū)則為第8年。3.結(jié)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(zhì)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(zhuǎn)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(wǎng)繼電保護的設備異常率，更好的保證電網(wǎng)安全，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。Reference：[1]魏屹.《環(huán)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(shù)與工程》.2013.06第13卷第17期:494