高海拔地区影响继电保护设备的主要环境因素分析

高海拔地区影响继电保护设备的主要环境因素分析

〔摘

要〕本文通过选取青海电网不同地区的3座变电站进行环境评价，并结合实际缺陷情况和寿命统计数据分析造成继电保护设备缺陷率升高的主要环境因素，并提出针对性解决措施。〔Keys〕高海拔；环境；继电保护

0引言高海拔地区具有气压低、太阳辐射强烈、日照时间长、白昼温差大等特征，青藏高原及内蒙古高原还存在干旱少雨、高寒多风、扬尘频繁等气候特征。随着智能变电站及就地化保护的普及，研究高海拔地区环境因素对继电保护设备的影响也日显重要。以青海电网为例，处于不同地区的变电站在设备运行稳定率和使用寿命上表现有显著差异。本文将通过环境评价的方式获取几座处于不同变电站的环境数据，并根据几座变电站实际设备缺陷情况探究高海拔地区导致继电保护装置异常的主要环境因素。1.青海各地区变电站环境特征1.1西宁地区西宁地区属于高原半干旱气候，雨水较少，昼夜温差大。年平均最高气温：13℃；年平均最低气温：-14℃。历史最高气温：37℃出现在2000年；历史最高气温：-27℃出现在1954年。年辐射量为6000MJ/㎡，日照时长2390.1h,年降水量382mm，年轻度及以上污染天数为11天。截止2022年8月底，西宁市变电站总数为69座，占全省变电站总数的30.26%，以地处青海省西宁市湟中区甘河工业园铝业园西北侧大石门330kV变电站为例，对西宁市本地区环境特征进行具体分析。通过连续两日进行实地环境空气检测，获得了大石门变日平均气温为1.6℃，气压为73.0Kpa，空气中总悬浮颗粒物为0.19-0.2mg/m3。1.2海西州格尔木市：格尔木市属高原温带干旱大陆性气候，其特点为雨量稀少，蒸发量大，年辐射量6600MJ/m2～7100MJ/m2之间，日照时长3096.3h,年降水量184mm，年轻度及以上污染天数为24天。格尔木市变电站数量为30座，占青海省变电站总数的13.16%。以地处青海省海西州格尔木市乌图美仁乡伯力其村的伯力330kV变电站为例开展实地环境评价获得以下数据伯力变平均气温为5.8℃，气压为68.15Kpa，空气中总悬浮颗粒物为0.19-0.26mg/m3。1.3果洛州果洛藏族自治州的气候，具有显著的高寒缺氧、气温低、光辐射强、昼夜温差大等典型的高原大陆性气候特点。全年主导风向及冬季盛行风向均为W，年平均风速2.1m/s，最大瞬时风速23.7m/s；历年最大积雪厚度16cm，年平均气压647.4毫巴。平均日照时数2569.41h，日照百分59%，年辐射量6600MJ/m2～7100MJ/m2之间。平均相对湿度63%，最小相对湿度0%，雷暴日平均数54.9d，大风日数63.6d，年轻度及以上污染天数为3天。果洛州变电站数量为14座，占青海省变电站总数的6.14%。以地处青海省果洛藏族自治州玛多县玛多330kV变电站为例，对果洛地区环境特征进行具体分析。开展实地环境评价获得以下数据玛多变平均气温为-2℃，气压为60.2Kpa，空气中总悬浮颗粒物为0.18-0.26mg/m3。通过以上3各地区的环境数据可以将低气压、沙尘、温度及湿度变化大列为主要环境影响因素。其中西宁地区的各项指标居中。海西格尔木地区日照时间最长，降水量最少，空气中总悬浮颗粒物为0.18-0.26mg/m3最高，气压值居中，污染天数最高。果洛地区气压最低、降水量最高。2.主要影响因素分析结合低气压、沙尘、温度及湿度变化对电子设备影响的相关理论研究与青海电网的缺陷统计和运维习惯，分析主要影响因素。2.1低气压低气压会对对密闭性产生影响，密闭性能在低气压环境的影响最严重的因素是气压差，低气压使密闭元器件内外的气压差产生差异。在气压作用力的影响下，元器件的密闭性能会降低，进一步造成密闭元器件的损坏、仪器的失灵；低气压会对对散热产生影响，随着气压的降低，空气的散热能力下降，散热元器件产生的热量热量难以通过空气介质将热能分散出去，从而降低散热元器件的性能；低气压环境中，气压降低会导致在电场中电极强的部分产生放电现象，影响设备的正常工作，严重时可能会因异常放电导致电子元器件得损毁。根据青海电网统计分析系统数据表明，由于气压因素导致的问题主要体现在电解电容压、晶体/晶振差大导致的漏气或鼓包，开关MOS发热/ESD损伤。但主要集中在品控不良的部分装置中。2.2温度、湿度变化湿度的增加主要影响集成电路板的绝缘性能，在湿度为55%的条件下，随着温度的上升(20℃→40℃→60℃)，吸湿速度加快，电荷积蓄速度也加快。易导致元器件击穿。同时大雨天气易导致密封不良设备进水导致短路。然而根据青海超高压公司变电站运维技术规范巡视及检修工作均重点强调汇控柜柜门的封闭，同时在同一天内由于柜内空调的调节，柜内湿度及温度均会保持恒定，不易出现因集成电路板吸湿速率变化导致的元器件损坏。因此温度湿度对继电保护设备的影响较小。2.3沙尘沙尘主要对设备的影响体现在转换部件的影响，触点由合金制成，由于多方面的有机污染、无机污染、积尘和积碳等，在触点表面上形成不导电的粉末状聚合物膜、无机化合物薄膜，从而引起接触电阻的增大和不稳定现象。在装置上体现在电压接点接触不良，插件端子排插入不到位，元器件磨损。以及光纤法兰头的污染，导致光功率衰耗大。同时随着灰尘的增加对设备散热也会导致散热不良。2.4缺陷数据分析根据青海电网继电保护设备寿命统计。横向对比这3座变电站的缺陷数据可以看出果洛变虽然温度及湿度变化最为明显，但缺陷率却不高。比较气压因素果洛变较大石门变明显降低，但因气压导致的缺陷未显著上升，但在对比沙尘因素时可以发现伯力变因风沙天气多，和同样气压低的玛多变相比，缺陷明显更多，可以判断风沙为主要影响因素，在具体的缺陷原因中确实可以看出是由风沙导致。通过总体缺陷数据来看，伯力变所在海西地区10年返修率为3.5%，大石门变所在西宁地区为2.5%，玛多变所在果洛地区为1.1%。故障寿命拐点的数据分别为海西地区为第6年出现明显上升拐点，西宁地区、果洛地区则为第8年。3.结束语温度湿度变化对设备的影响可控、低气压理论上对装置密封性、散热性、元器件放电存在影响，但在合理设计电路、采用高质量元器件后，对继电保护装置的影响也较少，因此风沙（空气中颗粒物多）是影响设备运行的主要因素。为此可以通过以下几个方面来进行改善，可进行防护棚搭建、将汇控柜安装在小型集装箱中，加装箱体防尘罩，对于接口和转换部件做好防尘设计。通过针对性的防范措施可以显著降低青海电网继电保护的设备异常率，更好的保证电网安全，实现经济效益。Reference：[1]魏屹.《环境对继电保护装置的影响》[J].《低压电器》1995.02:046[2]王怀群.《湿度对嵌入元器件印制板绝缘材料的影响》[J].《科学技术与工程》.2013.06第13卷第17期:494