高海拔地区继电保护设备运行环境影响分析

高海拔地区继电保护设备运行环境影响分析

祁宝才,李渊,马海峰,周瑞,张麟

国网青海省电力公司超高压公司,青海 西宁 810000

〔摘  要〕本文以高海拔气候环境综述、电网运行环境及继电保护设备故障分析、环境主要影响因子分析三部分为主体内容，以青海电网为例介绍了高海拔地区电网继电保护设备运行环境主要影响因子。

〔关键词〕高海拔；环境影响；继电保护；青海电网

0 引言

高海拔地区是指海拔在1000m以上的地区，作者在高海拔地区从事电网继电保护设备运维工作十余年，期间也赴多个低海拔省份电网企业交流学习过，通过对高低海拔地区气候环境及继电保护设备缺陷数量、异常部位、运行年限进行比对统计分析，发现高海拔地区电网继电保护设备相较于低海拔地区更易发生异常、缺陷数量相对较多、运行年限也相对较短，这说明高海拔地区气候环境确实对电网继电保护设备的运行存在影响。

1 高海拔气候环境综述

以青海省为例，全省最低海拔1644米，最高海拔6851米，平均海拔3000米以上，是特别理想的的高海拔地区研究对象。

现以青海省为例，详细阐述高海拔地区气候环境特征。

1.1 气压低

比较海拔高度100米及2000米地区大气压力，气压分别为：100.1kPa、78.9kPa，两者相差20.2kPa。

1.2 太阳辐射强度大

全省大部分地区年日照时数在2300~3600小时左右，较同纬度的黄土高原及华北平原多400~700小时。

1.3 干旱少雨

全省年降水量为250~550毫米，总降水量较全国同纬度地区明显偏少。

1.4 风沙天气多

据统计，2021年青海省全年轻度污染（空气质量三级，AQI指数：101-150）天数为44天、中度污染（空气质量四级，AQI指数：151-200）天数为5天、重度污染（空气质量五级，AQI指数：201-300）天数为6天、严重污染（空气质量六级，AQI指数：>300）天数为27天，污染总天数为82天，远高于全国平均霾日数（空气质量高于三级，AQI指数高于100）21.3天。

1.5 温差大

青海省是全国日气温变化最大的地区之一，全年气温日较差为12℃～16℃，比东部沿海平原地区高出一倍以上，年气温日较差1月份为14℃～22℃，7月份为10℃～16℃，最大日较差可达25℃～34℃。

2 电网运行环境及继电保护设备故障分析

2.1 青海电网运行环境

按行政区对青海电网110kV及以上变电站分布区域主要气象特征统计分析得到以下结论：

①西宁市、海东市、黄南州海拔相近；海北州、海南州、海西州海拔相近；玉树州、果洛州海拔相近。

②西宁市、海东市、玉树州、果洛州、黄南州太阳辐射量及年日照时长相近年，相对较少；海南州、海北州、海西州太阳辐射量及年日照时长较多，是青海光伏产业分布区。

③海西州、海南州年降水量较少，相比较省内其他地区降水量差距突出，上述地区也是干旱及风沙区。

④海南州、海西州年轻度及以上污染天数相对较多，上述地区植被稀少，地貌中戈壁、沙化地较多，是青海的风沙重灾区。

⑤海北州、海南州、海西州、果洛州及玉树州年昼夜温差大于15℃天数超超过120天，上述区域一方面太阳辐射量大、地面温度高，另一方面海拔高、天气变化频繁，造成昼夜温差变化大。

2.2继电保护设备故障分析

收集2010年至2020年青海电网110kV及以上变电站继电保护设备故障数据830条，并按变电站分布情况、历年继电保护设备故障分布情况、故障占比与变电站数量占比的比率三部分进行了比对统计分析，得出以下结论：

①故障占比与变电站数量占比的比率在100%以上的地区为：海南州、海西州，这两个地区继电保护设备故障率较其他地区明显高出，由此也可以反映出上述地区继电保护设备受环境影响较大。

②故障占比与变电站数量占比的比率在50%以下的地区为：黄南州、玉树州、果洛州，上述地区继电保护设备故障率较其他地区低，由此也可以反映出上述地区继电保护设备受环境影响较小。

海南州、海西州环境特征共同点为：海拔相近，平均在3000米左右；太阳辐射量大，年日照时长多，气温相近；年降水量低，全年气候干燥；年污染天数较多，植被覆盖率差，两地区地貌相近，戈壁滩及沙漠占比较多，是青海扬尘天气频发和高发区。

黄南州、玉树州、果洛州环境特征共同点为：海拔相近，平均在4500m左右；太阳辐射量相对较小，年日照时长相对较少，气温相近；年降水量相对较多，全年气候相对湿润；年污染天数极少，两地区均为草原地貌，空气质量极好。

结合上述分析可以看出，海拔高度及气压对继电保护设备的影响相对较小，太阳辐射量、年日照时长、年降水量、年污染天数、温差对继电保护设备的影响相对较大。

3 环境主要影响因子分析

3.1 太阳辐射量、年日照时长影响分析

太阳辐射量及年日照时长反应到地面设备其表面影响主要为热量，太阳辐射量越大、日照时长越长，地面设备接受的热量越多。在太阳辐射和日照较长的时期室外智能组件柜、汇控柜能在短时间内快速吸热，箱体表面及内部温度急速升高，在连续的太阳照射下，温度持续升高并长时间保持在高温状态。在雨雪天及夜间，高原地区气温下降明显，该类箱体迅速降温，箱体表面及箱体内部温度急速下降。项目组选取了具有代表性的变电站开展了太阳辐射及日照时长对箱体温度的实际测试，结果显示太阳辐射量越大的地区测试对象温度越高，夜间随着太阳落下辐射量很低温度也急剧下降为环境温度，箱体内部昼夜温差较大。

3.2 降水量影响分析

降水量反应到环境影响表象为空气干燥，降水量少的地区植被覆盖率较差，在一定程度上影响扬尘天气。对于户外继电保护设备而言，降水量表面影响为室外金属材质箱体感应电大，箱内继电保护设备运行环境感应电及静电较大。项目组选取了具有代表性的变电站开展了室内外设备感应电及静电测试，结果证实，空气湿度越小、气压越低的地区室外区域感应电及静电越大，室内区域受影响很小。

3.3 年污染天数影响分析

年污染天数反应到环境影响表象为空气质量差，结合青海气象主要表现为：扬尘、雾霾。对于户外继电保护设备而言，污染天数表面影响为室外箱内积沙、积尘明显，保护装置表面积尘明显。项目组选取了具有代表性的变电站开展了断路器汇控柜积沙积尘实际测试，结果证实，位于海南州和海西州的变电站室外继电保护设备积尘积沙现象严重，位于玉树州和果洛州的变电站室外继电保护设备无积尘积沙现象，这与青海省客观天气与我们的继电保护设备运行环境调查结果相符。

4 结束语

高海拔地区继电保护设备运行环境影响不能一概而论，应因地制宜进行分析和采取改进措施。高海拔地区继电保护设备运行环境影响的结果也不是单一环境影响因子造成的，是多个影响因子叠加影响的结果，文中列出的影响因子是以青海省为例分析的结论，其他高海拔地区可参考本文分析方法因地制宜分析及采取措施。

参考文献：

[1] 《中国地理国情蓝皮书 2020版》[M].北京：测绘出版社，2022.

[2] 《青海省天气预报手册》[M].北京：气象出版社，2022.

作者简介：

祁宝才（1984- ），男，高级工程师，主要从事超高压二次设备运维检修工作

基金项目：国网青海省电力公司科技项目资助“基于高海拔的继电保护运行工况研究及优化”（项目编号：5228212000A8）