高海拔地区供配电设计方案研究

高海拔地区供配电设计方案研究

刘懿

长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南省长沙市 410000

摘要：高海拔地区供配电设计方案研究是一项非常重要的工作，它需要充分考虑高海拔地区的环境因素，如气压、温度、湿度等，并采用科学合理的设计方案，确保供配电系统的稳定性和可靠性。 本文主要研究了高海拔地区供配电设计中的几个重要问题，包括供配电系统设计、电气设备选型、线路的敷设等。通过对这些问题的分析和研究，提出了一些切实可行的供配电设计方案，以满足高海拔地区对电力供应的需求。

 关键词：高海拔地区；供配电；设计

Research on the Design Scheme of Power Supply and Distribution in High Altitude Areas

LIU Yi

Changsha Engineering And Research Institute Ltd. of Nonferrous Metallurgy , Changsha, 410000, China

abstract：The study of power supply and distribution design schemes in high-altitude areas is a very important task, which requires full consideration of environmental factors such as air pressure, temperature, humidity, etc. in high-altitude areas, and the adoption of scientific and reasonable design schemes to ensure the stability and reliability of the power supply and distribution system. This article mainly studies several important issues in the design of power supply and distribution in high-altitude areas, including the selection of power supply voltage and the laying of lines. Through the analysis and research of these issues, some practical and feasible power supply and distribution design schemes have been proposed to meet the demand for power supply in high-altitude areas. Among them, the selection of power supply voltage is one of the key issues.

Keyword：High altitude areas; Power supply and distribution; design

引言

传统的电力设计仅适用于海拔1000米以下的一般环境，但随着高海拔地区的社会、经济、电力容量的提高，本区域各类电压级别变电站的建设也在逐渐加速，因此，对高海拔地区的变电站的电气设计要求也越来越高。由于海拔高度的增加，大气压力下降，电气设备的绝缘性能、散热性能、最小安全净距等都会有一定的变化，所以需要根据高原的特定环境进行合理的电气设计。

1.高海拔环境对电气设备及其运行的影响

海拔越高，气压越低，温度越低，绝对湿度越低，太阳辐射越强。在1000-5000米范围，海拔高度每上升1000米，大气压力将下降7.7-10.5 kPa，气温下降5-6℃，太阳辐射强度提高60 W/m2左右。随着海拔的升高，气压及大气密度的减小，固态绝缘材料的沿面放电容量减小，从而导致空气的绝缘强度降低。经试验研究表明，在5000米以下，随着海拔的增加，电气设备的外部绝缘强度会下降8%-13%，但是，由于海拔的上升，电气设备的内部绝缘并没有受到太大的影响。空气媒质的制冷效果随气压、密度的减小而减小，等效为散热性能的下降。在采用自然对流、辐射、强制通风和空气散热等方式时，由于散热性能下降，其温升也会相应增大。然而，由于大气压强、大气密度减小，导致的电气设备在工作过程中的温升升高，会被高海拔地区的气温降低部分甚至完全抵消。高海拔地区的日温差大，容易引起电器设备壳体的变形和开裂，而设备总成的密封件易断裂。同时，随着温升的降低，线圈的阻值也会变小，绕组的匝数也会随之增大，从而增大了工作时的机械冲击。这两个条件都降低了设备的机械和电的使用寿命。

2.实例分析

目前，西藏已经建立起西藏中央电网与昌都、阿里两大区域电网“一大二小”三大独立统调电网，并以小水电、太阳能光伏发电等为主体，组成了大电网供电与分散独立电源供电、多能互补的供电方式。西藏的电力系统以西藏中部为主体。该项目地处西藏中央电力网西藏拉萨地区：目前，西藏中央电网220 kV高压等级，以拉萨220 kV “三角环”为核心，辐射拉萨、日喀则、山南和林芝等西藏中部电网220 kV主干网架，。截至2015年底，西藏中央电网的供电能力已达到2211.07 MW，电力供应能力已达到历史最高水平。藏中地区电网面临着用电供需矛盾突出、供电增量小于负荷增量、火电机组占主导地位、调峰能力不足、电网结构独立性强、规模小、电网安全运行不稳定等问题。

1、220kV配电装置采用SF6气体绝缘GIS组合电器，使用条件海拔4400m；

2、220kV变压器采用密封油绝缘变压器，其套管按220*1.51 kV校正，使用条件海拔4400m；

3、35kV配电装置如采用空气绝缘，在海拔5400m时，其外绝缘耐压校正为35*1.7215=60.2535kV，需采用66kV配电装置,比采用35kV SF6气体绝缘GIS封闭式开关柜造价高，且考虑到66kV配电装置非我国现行电气设备主流产品，故设计采用35kV SF6气体绝缘GIS封闭式开关柜，使用条件按海拔5400m和海拔4400m分别选取；

4、35kV变压器采用密封油绝缘变压器，其套管按35*1.7215=60.2535kV校正，使用条件海拔5400m（海拔4400m使用亦按此校正，以统一设备型式）

5、10kV配电装置如采用空气绝缘，在海拔5400m时，其外绝缘耐压校正为10*1.7215=17.2kV，可以采用24V空气绝缘配电装置或采用10kV SF6气体绝缘GIS封闭式开关柜，前者相较后者单台设备价格低约6万元，本工程此类设备使用量达210台，故采用24V空气绝缘配电柜。使用条件按海拔5400m选取。

3.供配电系统设计方案比选

按照《供配电系统设计规范》（GB50052-2009），供配电系统的设计要确保电力系统的正常运转和供电的可靠度，这里的供配电系统的可靠性包括供电线路、设备的可靠性，还包括了电力系统的运营管理水平，这主要体现在供电线路的连续性，供电设备的维修能力，供配电设备的安全可靠和电能品质。在高海拔地区，由于自然环境的特殊性，对供电线路的设计提出了更高的要求。而供配电设备的运行安全可靠，则是指供配电系统在正常工作情况下和事故情况下（包括正常、短路、过载、接地、绝缘击穿等），从而确保用电装置的正常运转，防止用电设备受到破坏或破坏，并确保人身安全。文章从供电方式、负荷等级、接线方式、电气保护配置和自控方式几个角度，对供配电系统的设计方案进行了比较。

3.1电源选择

电源是保证供电可靠的重要条件，高原对电力系统的需求远大于平原，其原因在于：①高原地区电网运行不稳，电压波动较大，极易发生断电事故。②高原地区对供电的可靠性提出了更高的要求，因此，必须降低对电网的影响，同时确保电网的稳定性；③高原地区缺乏后备电源，若出现故障，将对整体供电系统造成不利影响，因此，后备电源的选用显得特别重要；④高海拔电网结构复杂，设备故障率高，设备安装难度大，维护维护成本高，因此，必须选取一种对自然环境扰动有较强抵抗力，并具备一定故障处理能力的供配电网。⑤由于高原地区的电力负荷每年都在增加，因此在电力系统中应充分考虑新增加的电力负荷对电力系统的可靠度的影响。

表1 本工程各电压等级电气一次设备外绝缘水平修正对比情况

3.2负荷等级与接线方式

在高原地区，供电电压通常为220KV~10kv，380 kV线路上的用电装置均为单电源，并在变压器的低压端配有专门的开关。但是，在高原地区，电力系统中的用电装置功率很小，而且工作周期很短，因此通常都是采用单回线的方式来供电。在高海拔地区，多采用三相五线制，在没有配电网的情况下，也可以用单相供电。因此，在高原地区使用三相五线制是可行的。10 kV高压线路的配线，除了重点客户以外，一般都可以采用单电源。单母线分段接线，单母线桥架接线，双母线桥架接线，三芯缆线-单母线桥架接线，单母线桥架-三相缆线-单母线桥架接线架-三相缆线-单母线桥架接线，可以在低压配电网中使用。按照《低压配电设计规范》的规定，为保证10 kV高压输电线路的供电可靠性，应尽可能采取双回路方式；为了降低线损，可以在低压线路上采取单回路方式。为了降低线路损耗，建议在高原地区采用单回路供电模式。

式中,U为设备安装在海拔高度高于1 000 m时,实际施加到设备外绝缘的耐受电压(kV);U0为设备额定耐受电压(kV);Kα为海拔修正系数;H为设备使用地点高度(m);m为海拔修正因子,工频、雷电电压修正因子m=1.0;操作过电压修正因子m=0.75。

4. 设计中其他几点注意事项

(1)变电站进、出线框架和母线框架宽度均受两相间距和相对结构安全间距的影响，且随间距的增加，框架宽度也随之增大。经过计算，该项目框架的宽度是10.5米。(2)在高海拔地区，土壤电阻率高，且受冻层等因素的影响，可采用复合接地网、换土或深井离子接地体等组合接地方式，以满足接触电位和跨步电压的需求。(3)在高海拔地区，因交通状况不佳，一般采取就地拼装的方式进行主变压器的输送，但在现场拼装时易产生噪音增加、损耗增加等缺点；提出在实地考察并符合大型线路的情况下，可将主变压器的运输方式从就地拼装改为整体吊装。(4)在高海拔地区，在设备招标和供货时，要主动与供应商进行沟通，弄清设备的使用情况；在选择高原型电器的时候，还要从多方面来考虑，确保项目的进度，进度，质量。

结束语：

综上所述，高海拔地区的供、配电网的设计，不仅要考虑到地理、气候、地质等多方面的因素，还要考虑到电网的安全性、可靠性和经济性。在工程建设中，应结合工程实际，采取合理的施工工艺、施工工艺，确保施工方案的安全、可行。因此，在高原地区进行供电与配电系统的设计，必须要综合考量各种因素，才能取得最好的设计效果。在此过程中，还要在实践中不断完善，使之更好，更好地发挥作用。

参考文献：
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[3]唐榕，韩秀芳.高海拔地区电气设计在西藏某变电站中的应用[J].小水电,2020,(06):21-23.