高原环境对电力机车车顶高压电器的影响及对策分析王帅

高原环境对电力机车车顶高压电器的影响及对策分析王帅

王帅

北京铁路局石家庄电力机务段河北石家庄050200

摘要：在本文中，主要是对高原环境对电力机车车顶高压电器的影响及对策分析进行了全面的研究，在这个基础上提出了文中的内容。

关键词：高原环境；电力机车；车顶电器；影响对策；分析

1导言

我国拥有的高原地区十分广泛，海拔在1000m以上的地区约占全国总面积的65%。多半分布在我国的西南和西北地区。这些地区拥有十分丰富的水利和矿产资源。高原地区的气候具有空气密度低、空气温度低、空气绝对湿度低、日温差大、太阳辐射及紫外线辐射强等特点。高原气候对高压电器设备的外绝缘强度、温升等电气性能有着显著的影响。随着我国对西部地区资源的开发利用，为保证高原地区设备运行的安全性和可靠性，对运行于这些地区的高压电器设备的高原适应性进行研究，则显得尤为重要。

2对高原地区的高压电器设备运行情况调查

2.1输、变电设备外绝缘强度降低

某市一村发电厂曾对13台额定电压为35kv的电流互感器（出厂合格品）进行耐压试验，标准试验电压值为80kv。试验结果为：一台升压至56kV时放电；六台升压至60kV时放电；六台升压至70kV时也放电。结果没有一台为合格品。此种类似情况在西南、西北地区均有反映。此供电局反映：10kV级少油断路器工频耐压值只能承受36kV（标准试验电压值为42kV）。

2.2交流电晕起始电压降低、电晕放电严重

用户普遍反映，高压电器设备、输电线路电晕较一般地区严重。在内江（海拔352米）、西固（海拔1535米）等海拔较低地区的变电所内35kv电器设备在天气好时并未听到电晕声音。而在西宁（海拔2414米）、石龙坝（海拔1845米）等海拔较高地区的变电所内，35kV电器设备在天气好时则有轻微电晕声。下小雨、毛毛雨时，线路有放电声响。下大雨或雷雨天气时，则放电声响很大甚至发生闪络现象。绝缘子串或套管有局部放电现象。

2.3温升发热

对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的产品，在高海拔地区，由于空气压力或空气密度的降低引起冷却效应的降低，使电器散热困难，温升增加。但我们多次调查所收集到的问题却较少。通过分析认为，这是由于在实际使用中，海拔升高，环境空气温度的降低，可使产品温升的增加得到部分或全部的补偿。

3对策分析

3.1环境条件方面

为避免强紫外线辐射对车顶高压电器的破坏作用，布置在车外的高压设备采用抗紫外线能力强的材料；针对高原环境昼夜温差较大的情况，车内电气设备和电缆均采用耐温材料；同时车体和车内电器柜均采用耐候材料来提高应对能力。在电器联接、电器部件安装紧固方面，采用不锈钢材料的紧固件，以避免在高原环境下，盐雾、雨雪等引起紧固件锈蚀，导致电气性能失效，无法拆卸等故障。

3.2电晕性能方面

在电晕放电中，电极的几何构形起着重要作用，电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场很高的电极附近，特别是在曲率半径很小的电极附近，这个区域称为电晕层。高原环境下，电力机车用车顶高压电器的设计可从以下几个方面提高耐电晕性能：1）选择耐电晕性能较好的绝缘材料。不同的绝缘材料，其耐电晕特性也各不相同。常用绝缘材料有硅橡胶、PVC、DAP、聚四氟乙烯等。因此，高压电器的绝缘子采用了硅橡胶绝缘子。2）改善电场分布，使之尽量均匀。改进电极形状，增大电极曲率半径，以改善电场分布，提高气体间隙的击穿电压。同时，电极表面应尽量避免毛刺、棱角等，以消除电场局部增强的现象。3）对各车顶高压电器进行局部放电的测量。对产品进行局部放电试验，测定局部放电的各项指标，对放电现象进行分析，改进产品结构。

3.3绝缘性能方面

3.3.1设备布置及结构尺寸优化

当前，运行区域海拔低于2500m的电力机车，受电弓、真空断路器、高压隔离开关、高压接地开关等网侧高压电器通常布置在机车顶部。为降低紫外线和高低温环境对高压电器及其绝缘子的破坏，同时，提高绝缘子的污秽耐压和降低空气的相对湿度对绝缘性能的影响，在高原电力机车的设计中，除受电弓和车顶绝缘子放置在机车车顶外，采取将以上等部分车顶高压电器设备放置在机械间内的高压电器柜内的方式，可有效地提高高压设备的绝缘性能。在高压电器部件方面，可通过增大各高压电器的支撑绝缘子和车顶绝缘子的支撑高度，优化绝缘子伞裙结构等方式，提高高压电器的绝缘距离，达到高原环境高绝缘性能的要求。在车顶绝缘子的结构高度方面，TB/T3077—2006《电力机车车顶绝缘子》中规定车顶绝缘子的结构高度为400mm，是综合了各方面因素之后做出的选择。要保证绝缘子本身具有适当的电气绝缘强度，车顶高压带电部分的对地绝缘净空一般情况下应大于360mm，有时可能要求更大。

3.3.2绝缘子的选取

25kv交流牵引系统绝缘子的电气绝缘强度主要取决于外部大气过电压（雷电冲击）和运行时工作电压下的污秽耐受水平。通过改变伞裙的结构形式，可有效地提高绝缘子的爬电距离，增加爬电距离主要为了提高绝缘子的耐污秽能力。数据表明复合绝缘子有较强的耐污秽能力，同时复合绝缘子具有重量轻、易运输、耐候性强、少维护、以及优异的防污闪性能等优点。另外车顶设备的外观造型应当考虑高速运动时空气流场对车顶绝缘子的影响，尽可能降低特殊气象条件下在绝缘子表面的覆冰。实际上，硅橡胶绝缘子比瓷绝缘子有较低的覆冰率，更有利于冬季运行。

3.4安全防护方面

通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，针对电力机车在高原环境下运行时，存在遭受雷击的问题，可通过提高设备的绝缘性能，优化高压电器系统和增强电力机车的防雷措施等方法进行解决。根据有关文献，雷电冲击电流在数十到几百千安之间，持续时间在数十到几百微秒，其中30kA的雷电流约占50％，80kA的雷电流约占10％，100kA的雷电流约占5％，200kA的雷电流约占1％。电力机车的防雷设计参照GB/T50057《建筑物防雷设计规范》中第3类防雷建筑物的规定执行。

4结论

本文通过对高原环境对高压电器的影响进行分析，并对相应的性能影响提出了解决措施，从而提高高原环境下，高压电器的稳定性和机车运行的可靠性。

参考文献：

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