高海拔对电气设备影响

高海拔对电气设备主要的影响是绝缘和温升两方面。对不同的电气设备影响的侧重点不同。

一、高压开关设备

海拔升高，气压降低，空气的绝缘强度减弱，使电器外绝缘降低而对内绝缘影响很小。由于设备的出厂试验是在正常海拔地点进行的，因此，根据IEC出版物694对于开关设备以其额定工频耐压值和额定脉冲耐压值来鉴定绝缘能力，对于使用地点超过1000M以上时，应作适当的校正。对于10KV开关柜来说，其额定电压为12KV；额定工频耐压值（有效值）为32KV（对隔离距离）和28KV（各相之间及对地）；额定脉冲耐压值（峰值）为85KV（对隔离距离）和75KV（各相之

间及对地）。

而随着海拔的升高，空气密度降低，散热条件变差，会使高压电器在运行中温升增加，但空气温度随海拔高度的增加而

逐渐降低，基本可以补偿由海拔升高对电器温升的影响。

但对于阀式避雷器来说，情况就较为复杂。由于避雷器自身并不密封，其阀片的间距不可调，因此其火花间隙的放电电压易受空气密度的影响，所以应向设备厂商注明海拔高度，或使用高压型阀式避雷器。

二、干式变压器

环氧树脂干式变压器，国家标准关于以上两个因素有着明确的校正方法。根据GB6450）《干式变压器》中第，对于在超过1000M海拔处运行，并在正常海拔进行试验的变压器，其温升限值应相应递减，超过1000M海拔部分以第500M为一级，温升限值接自冷变压器2.5%、风冷变压器5%减小；额定短时工频耐受电压值同时增加6.25%。

三、低压电气设备

对于低压电气设备，情况要稍好一些。根据JB/Z0103-11标准及科研部门的调查研究，现有普通型低压电器在高原地区

的使用如下：

1、温度：现有一般低压电器产品，使用于高原地区时，其动、静触头和导电体以及线圈等部分的温度随海拔高度的增加而递增。其温升递增率为海拔每升高100M，温升增加0.1-0.5K，但大多数产品均小于0.4K。而高原地区气温随海拔高度的增加而降低，其递减率为海拔每升高100M，气温降低足够补偿由海拔升高对电器温升的影响。因此，低压电器的额定电流值可以保持不变，对于连续工作的大发热量电器，可适当降低电源等级使用。

2、绝缘耐压：普通型低压电器在海拔2500米时仍有60%的耐压裕度，且通过对国产常用继电器与转换开关等的试验表

明，在海拔4000M及以下地区，均可在其额定电压下正常运行。

3、动作特性：海拔升高时，双金属片热继电器和熔断器的动作特性有少许变化，但在海拔4000M下时，均在其技术条件规定的特性曲线"带"范围内RTO等国产常用熔断器的熔化特性最大偏差均在容许偏差的50%以内。而国产常用热继电器的动作稳定性较好，其动作时间随海拔升高有显著缩短，根据不同的型号，分别为正常动作时间和40%-73%。也可在现场调节电流整定值，使其动作特性满足要求。通过对低压熔断器非线性的环境温度对时间-电流特性曲线研究表明，熔体的载流能力在同样的较小的过载电流倍数情况下（即轻过载）熔断时间随环境温度减小而增加，在20度以下时，变化的程度则更大；而在同样的较大的过载电流倍数情况下（即短路保护时），熔断时间随环境温度的变化可不作考虑。因此，在高原地区的使用熔断器开关作为配电线路的过载与短路保护时，其上下级之间的选择性应特别加以考虑。在采用低压断路器时，应留有一定的断路与工作余量。由此可见，熔断器在高原的使用环境下可靠性和保护特性更为理想。我们厂在3000KM的地方，设备的降容系数是0.8，电机的系数是0.83，此数供参考。

高海拔、低气压对循环流化床燃煤锅炉炉内燃烧的影响

摘要：

煤粒在流化床内的燃烧涉及到流动、传热、化学反应及若干相关的物理化学现象。煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料及烟气的加热，首先是水分蒸发，接着是挥发份析出和燃烧，以及焦炭的燃烧，其间还伴随着发生煤粒的破碎、磨损等现象。煤粒在炉内将依次发生如下的过程：

①煤粒得到高温床料的加热并干燥；

②热解及挥发份燃烧；

③发生颗粒膨胀和一级破碎现象；

④焦炭燃烧并伴随着二级破碎和磨损现象。

流化床内煤粒的燃烧包括挥发份的析出燃烧和焦炭的燃烧，这与煤粉炉是一致的。与煤粉炉不同之处在于：

①对煤粉炉而言，煤粒的干燥和破碎是在炉外（也就是在制粉系统内）完成，而循环流化床在炉内完成干燥过程和部分破碎过程。

②由于炉内煤粒浓度较大，循环流化床炉内煤粒间存在磨损现象。

③煤粉炉是一次燃烧，循环流化床锅炉通过飞灰循环实现多次燃烧。

④循环流化床的燃烧是低温燃烧，焦炭的燃烧主要以扩散燃烧为主。

⑤循环流化床内的温度梯度较小。

⑥循环流化床热容量较大，煤粒燃烧产生的热量较总热容量的比例较小。

⑦由于干燥过程激烈和快速，挥发份量有所增加。

⑧化学反应基本是一致的，但传质过程有所不同。

以下就高海拔、低气压对循环流化床内煤粒燃烧特性的影响进行初步分析。

一、高海拔、低气压对挥发份析出燃烧的影响

高海拔、低气压使炉内煤粒的环境压力降低，研究表明，低的环境压力有利于减小挥发份逸出的阻力，缩短其在颗粒内部的停留时间。由于挥发份的析出燃烧过程中，挥发份的析出时间占绝大多数，而燃烧是在瞬间完成，因此，低的环境压力将使挥发份的析出加快，并使挥发份产物有所增加，使燃烧过程加快和更趋于激烈，在浓相区释放出的热量更多，使浓相区的温度升高。因此，对于燃用高挥发份的褐煤而言，应选用较高的流化风速和采取适当的防结焦措施。

二、高海拔、低气压焦炭燃烧过程的影响

煤中挥发份在流化床条件下具有短时大量析出的特点，这对炉内燃烧的组织和后续的焦炭燃烧产生较大的影响。在流化床条件下，煤粒挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程存在一定的重叠，即在初期以挥发份的析出和燃烧为主，后期以焦炭燃尽为主。实践证明，焦炭的燃尽时间比挥发份的析出燃烧时间长得多，也就是说，焦炭的燃烧过程控制着煤粒在流化床中的整个燃烧过程。

根据文献[1]介绍，焦炭燃尽时间可用下式表示：

τ=ρc R c[δe Bδ-（e Bδ-1）/B]/（M cε0D0C f B）----------（1）

其中：ρc——焦炭表观密度，kg/m3；

R c——焦炭含碳量，kg/kg；

M c——碳的摩尔质量，kg/mol；

δ——灰层厚度，m；

ε0、B——特定煤种的表面灰层结构参数；

C f——环境氧浓度，mol/m3；

D0——气体在灰层中的分子扩散系数，m2/s。

循环流化床的燃烧是低温燃烧，焦炭的燃烧主要以扩散燃烧为主。从式（1）中可看出，焦炭燃尽时间（τ）与环境氧浓度（C f）成反比关系。高海拔、低气压将使环境氧浓度降低，如果不考虑煤质和其它因素的影响，高海拔、低气压将使焦炭燃尽时间延长。也就是说，高海拔、低气压最终将使煤粒燃尽时间延长。因此，在燃用相同煤种的情况下，高海拔地区的循环流化床锅炉要获得与平原地区循环流化床锅炉相同的燃烧效率，只有提高循环倍率或提高炉膛高度。对于高挥发份的褐煤而言，由于其挥发份大量析出造成焦炭的多孔性，使物性参数得以改善，有助于缩短燃尽时间，这样就使得锅炉燃烧效率得以部分弥补。炉膛高度不需按大气压力成比例地增加。

三、对流化床内煤粒破碎特性的影响

高海拔、低气压对炉内煤粒破碎特性无明显影响。

四、对流化床内煤粒磨损特性的影响

在流化床内，煤粒因燃烧而在其表面有一灰壳生成，脱硫剂也会在其外表面形成一个脱硫产物层，因此会影响燃烧的进一步进行和脱硫剂的有效性，从这个意义上讲，流化床内煤粒的磨损有利于燃烧和脱硫反应的进行。同时，磨损产生的细粒子可燃物扬析损失，也会导致燃烧效率的降低。

根据文献[1]介绍，对于低灰份煤（Aar＜20），磨损速率可用近似公式表示为：

R a=2.33×10-8(u0-u mf) 0.3]--------(2)

R a——磨损速率，kg/s；

(u0-u mf)——剩余气速，m/s；

C——颗粒浓度，kg/m3；

τ——磨损时间，s。

从式（2）中可以看出，磨损速率与颗粒浓度（C0.8）有关。在相同的循环倍率和流化速度下，高海拔、低气压必然使炉膛截面增大，炉膛容积增加，空隙率增加，平均颗粒浓度降低，使磨损速率下降。这样，一方面使焦炭燃烧速度和脱硫效率降低，另一方面使细粒子可燃物扬析损失减少。高挥发份褐煤燃烧过程中产生大量的细颗粒，造成剩余气速减小，将进一步减缓磨损作用。所以，为增强磨损作用，提高燃烧效率和脱硫效率，高海拔地区的循环流化床锅炉应选取较高的循环倍率和流化速度。

五、对流化床内流体动力特性的影响

①在高海拔、低气压条件下，流体密度减小，空隙率增加，多相流的表观粘度减小，使流体在同一风速下对颗粒的曳力减小，并使燃料层达到一定的流化状态所需的流速增加。这可从文献[1]中推荐的燃料层能够保持稳定的临界雷诺数经验公式中分析得出：

Re cr1=Ar/（1400

式中，阿基米德数：Ar=d p3(ρp-ρg)g/ρgυ2，------（4）

其中d p、ρg、ρp、υ分别为颗粒平均尺寸、烟气密度、颗粒真密度、气体运动粘度。

对于循环流化床而言，由于ρp>>ρg，(ρp-ρg)≈ρp，于是式（4）可简化为：

Ar=d p3ρp g/ρgυ2-------（5）

根据文献2介绍，气体动力粘度与压力无关，而且：

υ=μg/ρg-------（6）

式中，μg为烟气动力粘度。

将式（6）带入（5）式中可得：

Ar=d p3ρgρp g/μg2-------（7）

将Re cr1=d pωcr1ρg/μg（ωcr1为流化速度）和（7）式带入（3）式中，经推导后得出：

ωcr1=d p2ρp g/μg/（1400

从式（7）中可以看出，假设颗粒的物性不变，阿基米德数（Ar）是烟气密度（ρg）的单调增函数，而式（8）表明，流化速度（ωcr1）是阿基米德数（Ar）的单调减函数。所以，由于在高海拔、低气压条件下，烟气密度减小，阿基米德数（Ar）相应减小，达到一定的流化状态的流化速度将增加。因此，临界流化风速将有所增加。

②根据文献[1]，如果忽略颗粒之间的相互作用，考虑单颗粒在气流中的作用，气固之间的相对速度可以简单地用下式计算：

u g-u p=[4gd p(ρp-ρg)/(3×C Dρg)]0.5------(4)

式中，C D为曳力系数。

从式（4）中分析得出，由于高海拔、低气压使气体密度降低，最终使气固之间的相对速度增大，有利于絮状物的形成。在相同表观流速下，壁面返流也将增加，提高了炉内物料循环量。

六、结论

①高海拔、低气压条件使得挥发份的析出燃烧增强，密相区燃烧放热量有所增加，密相区升温速度加快。对于燃用高挥发份的褐煤循环流化床锅炉而言，选用较高的流化速度和采取一定的防结焦措施是有必要的。

②由于焦碳燃烧以扩散燃烧为主，高海拔、低气压条件使焦碳燃尽时间延长，为保证燃烧效率，可选用较高的循环倍率或提高炉膛高度。

③为增强磨损作用，提高燃烧效率和脱硫效率，高海拔地区的循环流化床锅炉应选取较高的循环倍率和流化速度。

④从炉内动力特性分析可知，为实现一定的流态化燃烧，应选用较高的流化风速。同时，絮状物和壁面返流的增加有助于提高炉内物料循环量。

⑤高海拔、低气压对炉内煤粒破碎特性无明显影响。

参考文献

1.《循环流化床锅炉理论设计与运行》岑可法等著

2.《工程流体力学》山东工学院南京电力学院合编

高原电工产品和电气设备新思路

王建文沈洪

摘要：根据铁路建设的特点和要求，提出青藏铁路电工产品和电气设备高原适用性研究的新思路。

关键词：青藏铁路；电工产品；电气设备；适用性；研究

中图分类号： TB 1 文献标识码：A

1 概述

关于电工产品和电气设备高原适用性，70年代曾结合青藏铁路做过大量的研究工作，后因青藏铁路的缓建而停止了研究工作。二十年过去了，我国经济得到了很大的发展，青藏高原的电力事业得到了相应的发展。

随着时代的步伐即将迈入21世纪，进藏铁路的建设也已进入新的历史日程。1994年，中共中央8号文件决定“抓紧做好进藏铁路的论证和勘查工作”。1996年，《中华人民共和国国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》指出：“下个世纪前十年，进行进藏铁路的论证工作”。为青藏铁路建设制定了发展前景。

青藏铁路格拉段通过的地区，平均海拔4500m，为了进一步做好进藏铁路的建设准备工作，进行电工产品和电气设备高原适用性的研究具有十分重要的意义。

2 青藏线格拉段的自然环境条件：

青藏线格拉段通过的地区深居大陆腹地，具有独特的冰缘干寒气候特征，为高原亚干旱——干旱气候区。铁路通过地区空气稀薄，气压低，平均海拔高程4500m，年平均气压为580MPa，最低的唐古拉山垭口为544MPa；年平均气温－3～－6℃，极端最低气温为－30～－35℃，但日照时间长，日照强度大，常年睛空无云。由此可以看出，青藏线格拉段的气候特征为：气压低，气温也低，气温日变化大，绝对湿度低，太阳辐射强度比较强烈。

3 高原气候对电工产品和电气设备的影响

高原气候对电工产品和电气设备的影响，根据原机械部有关单位经现场考核和人工模拟实验室研究实验，初步认为主要表现在以下方面：

低气压时的低空气密度使空气介电强度，空气冷却效应以及弧隙空气介质强度降低，因而引起电工产品和电气设备空气绝缘耐压降低；由空气冷却的电工产品和电气设备的零部件温升增高，以及在空气中灭弧比较困难。

气温日变化大，可能引起产品密封不易保持以及机械结构变形或开裂。

低气温对电工产品和电气设备因气压

低绝对湿度使电工产品和电气设备的干弧放电电压降低。

太阳辐射强度较大引起户外用电工产品和电气设备的温度增高，在氧气和水存在的条件下，还使有机绝缘材料和涂料等加速老化，缩短使用寿命。

4 高原电工产品和电气设备的应用现状

改革开放以来，西藏自治区的电力事业得到了很大的发展，已经建成了拉萨110kV电力网络和日喀则、那曲等35kV电力网络。

虽然如此，但由于受科研机构管理现状和财力的影响，目前对高原电工产品和电气设备的研究尚停留在原材料或单一元件的开发和测算阶段，而对其整体适用性还没有进行系统的研究。据我们了解，高海拔地区电力工程的建设和电气设备、电工产品的生产尚没有相应的设计、制造标准；一些高海拔环境条件对电工产品和电气设备的影响的科研项目尚处于申请立项阶段。

1998年7月，为了做好进藏铁路有关科研专题研究工作，我院专门对青藏高原的电工产品和电气设备应用状况进行了调查，经过调查研究得出：青藏高原上现行采用的电气设备大致可以分为以下三种情况。

(1) 低压设备采用与平原地区相同标准的低压设备。

(2) 为高海拔地区试验研制的专用电气设备，如采用高原型变压器，高原型真空断路器等。

(3) 为了处理高海拔地区普通电气设备绝缘距离不够等问题，防止绝缘击穿，采用高电压等级的电工产品和电气设备，如35kV线路中的电流互感器采用63kV电压等级的电流互感器等。

经对部分电厂、变电所电气设备现状分析，我们认为目前高原上应用的电工产品和电气设备存在着以下缺点：

① 将普通电工产品和电气设备应用于高海拔地区，不能解决电工产品和电气设备高原适用性问题，使得电力线路故障多，供电可靠性低，供电质量差。

② 盲目提高电工产品和电气设备的标准，如35kV线路中的电流互感器采用63kV电压等级的电流互感器，使得电工产品和电气设备的外绝缘裕度很大，从而使电力工程的建设费用提高，浪费国家资金。

③ 采用的某些高原型电工产品和电气设备没有完全解决高原环境对电工产品和电气设备的影响问题，遗留了事故隐患。

5 对高原电器研究工作的几点要求

随着时代的步伐即将进入21世纪，西藏自治区必将在21世纪全面走向现代化。

为了实现这一宏伟目标，西藏自治区的电力工业应达到电力供应充足，供电质量高，供电可靠、安全。因此，只有不断改进高原电工产品和电气设备，为电力供应安全性、可靠性提供保障，才能使西藏自治区的电力事业得到应有的发展。

研制具有高科技含量的现代化的电工产品和电气设备，在新形势下尤为重要。根据笔者对高原型电工产品和电气设备的认识以及青藏铁路的特点的要求，认为今后高原性电工产品和电气设备应以下几方面进行研究。

(1) 研制开发受海拔或低空气压力影响小和不受影响的设备，要在免维修，高自动化、远动水平上下功夫。北京开关厂、西安高压电器研究所研制的充气（SF6）式组合电器，使整个高压系统被完全密封在金属柜中，可以做到不受外界环境诸如凝露、污秽、高海拔等因素的影响，是整体小型化、高可靠性、免维护气体绝缘开关设备。是在高原上很有应用前景的电气设备之一。

(2) 成套性高，更换方便。高原气候十分恶劣，给高原电力工程的施工和维修带来了极大的困难，从目前电工产品和电气设备的使用情况来看，高原地区的

维修量普遍比平原地区的维修量大，维修难度高，因此，有必要为高原地区研究成套性高，更换方便的电工产品和电气设备，从而缩短高原地区的维修时间，减少施工难度。

(3) 采用新工艺、新技术、新材料，不断提高产品的质量，降低产品成本，为电力事业发展提供可靠的经济、技术保障。这就意味着在电工产品和电气设备高原适用性研究中，要充分利用现有的国内、国外科学技术成果，使得高原型电工产品和电气设备在现有的技术条件下，最经济、最可靠，消除和减小高原环境对电工产品和电气设备的影响。

(4) 应用先进的电子技术，作为电力系统综合自动化控制装置。90年代以来，电子技术的发展和电子产品的应用突飞猛进，为电子技术的应用开辟了广阔的前景。

电子产品的成本低，可靠性高，而且电子产品属于弱电产品，受高海拔的影响较小，容易解决高海拔的影响问题。因此，高原地区的电力设备控制装置应尽量采用电子设备。

综上所述，在新世纪即将到来之际，为了加快西藏经济建设和进藏铁路的建设，提高产品的性能价格比，利用新技术、新工艺，新材料，着手研制系列高原型电工产品和电气设备，具有十分重要的意义。

作者简介：王建文（1965－）男，铁道部第一勘测设计院电气化处，工程师

或空气密度降低而引起的温度增高有补偿作用。

作者单位：王建文，沈洪(铁道部第一勘测设计院电气化处，兰州730000)

静电除尘器在高海拔地区电厂的应用

除尘器投运状况某电厂机组投产后,电除尘器运行参数偏离设计值,除尘器运行时,出现二次电压低、二次电流大,除尘效率低,烟囱冒黑烟的状况。通过除尘器伏安特性试验得知,电除尘器运行时产生反电晕现象见图1。图1伏安特性曲线(反电晕)2影响除尘器效率的原因2·1高海拔的影响研