唐 伟，李良威

（1、2 中铁二院工程集团有限责任公司电气化设计研究院，高级工程师， 四川 成都 610031）

我国最大的四个高原即青藏高原、内蒙古高原、黄土高原、云贵高原分布在西南、西北部，随着地区社会经济发展需要，部分地区已经开始建设电气化铁路网。该地区修建铁路平均海拔较高，随着海拔增高，气压和温度都将下降，相对空气密度减小，空气间隙和绝缘子的外绝缘放电电压随之下降。而对于电气化铁路接触网，如果外绝缘设计不当，过小必将发生闪络或者击穿事故，过大则会使隧道断面增加，造成投资浪费。因此，隧道内接触网电气绝缘间隙的选择，既是确保电气供电可靠运行至关重要的因素，也是影响隧道净空高度及工程投资的重要参数。

目前，在进行接触网电气绝缘间隙高海拔外绝缘校正方面，虽然国内外相关研究和标准众多，但迄今仍没有科学、统一的海拔分级标准，导致高海拔地区电气设备参数杂乱、同类型设备序列众多、规格型号不统一，通用互换性较差，本文将系统分析国内外相关标准对高海拔外绝缘校正计算方法和范围，提出合理的分类设计思路，对接触网空气间隙修正系数提出可行、有效建议，旨在方便工程设计，有利于缩短工程建设周期，降低工程建设和运营成本，有利于增强设备的统一性和通用性，提高工程建设水平。

1 海拔分级设计

高原地区铁路的拓展延伸及覆盖范围与人口密度息息相关，而海拔高度对人口分布有着很大的影响，海拔2 000 m～3 000 m地区自然条件相对较好，人口密度较高，经济较发达，是电气化覆盖较密集的地区；在海拔3 000 m～4 000 m 地区，牧草生长茂盛，可以发展畜牧业，虽然具备人类生存条件，但人口稀少；在现代雪线（海拔4 400 m）以上地区，终年积雪，既不能发展农业，又不能发展畜牧业，很少有人居住，更无大型工业。根据高海拔地区地理位置、气象条件实际情况，结合高海拔地区设计、运行和维护经验，综合考虑国内生产厂家电气设备产品序列，为增强设备的统一性和通用性，本次高海拔的分类按以下原则进行海拔分级。

对于海拔高度大于1 000 m但又不超过2 000 m地区，电气设备外绝缘参数统一按照海拔2 000 m选取；在海拔2000 m以上地区，电气设备外绝缘参数，按照500 m 一档进行海拔分级。

2 海拔校正修正方法

国内外大量的实验总结证明，在高压与绝缘领域，气隙放电遵循帕邢定律，或称之为巴申定律，空气间隙放电电压和放电间隙距离与大气压力的乘积存在着巴申曲线定律关系。随着海拔增加，大气压力下降，空气密度将减小，外绝缘的放电电压也会随之下降，相同放电电压对应的放电间隙则会变大。

2.1 校正方法 国内外相关标准中给出的外绝缘海拔修正方法，主要有以下几种：

1）GB 311.1-2012《绝缘配合 第1 部分定义、原则和规则》和GBT 50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》、GB/T 11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》。

该修正法规定：对拟用于海拔高于1 000 m，但不超过4 000 m 处的设备的外绝缘强度进行海拔修正，其设备外绝缘电气强度随海拔高度呈指数下降，海拔校正系数Ka：

式中：H—安装地点的海拔高度；q—指数，取值（对雷电冲击耐受电压，q=1；对空间间隙短时工频耐受电压，q=1；对操作冲击耐受电压，q 按曲线选择）。

2）DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》。

该修正法规定：气象条件修正方法外绝缘所在地区气象条件异与标准气象条件时，放电电压可按下式修正：

式中：H—安装地点的海拔高度；δ—相对空气密度；n—指数，由绝缘长度确定。

3）GB/T 16927.1-2011《高电压试验技术：一般试验技术要求》。

该修正法规定：气象条件按照校正到标准参考气象条件下空气密度修正和湿度修正，电压值修正系数由下式确定：

式中：δ—相对空气密度；m、w—分别为空气密度、湿度修正指数；k—取决于试验电压类型并为绝对湿度与相对空气密度比率的函数。

4）GB 20635-2006《特殊环境条件高原用高压电器的技术要求》。

综合GB 311.1-2012《绝缘配合第1部分定义、原则和规则》和GB/T 16927.1-2011《高电压试验技术：一般试验技术要求》的要求。

5）IEC标准

1）GB/T 11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》引用IEC62271-1-2007；

2）GB 311.1-2012《绝缘配合 第1 部分定义、原则和规则》引用IEC60071-1-2006；IEC60071-1-2006与IEC60694-2002相同；

3）GB/T 16927.1-2011《高电压试验技术：一般试验技术要求》引用IEC60060-1-2010；

2.2 实验中推荐的海拔校正方法

1）青海电力科学试验研究院

参照IEC60071-2-1996 中海拔校正因数的指数公式，对线路间隙的工频放电电压、操作50%放电电压和雷电50%放电电压在0.5m～1.5m 的间隙距离内按下式（指数经验公式）进行最小二乘法拟合，海拔校正系数Ka：

式中：H—安装地点的海拔高度；q—指数，取值（对工频、雷电冲击耐受电压，q=1；对操作冲击耐受电压，q=0.9）。

2）重庆大学实验高压实验研究

在多功能人工气候室内对其进行工频、雷电冲击及操作冲击的放电实验，研究其放电特性，并研究海拔4 000 m-5 500 m 地区大气条件对短空气间隙放电电压影响的校正公式：

（3）云南电力中心试验所

气象条件修正方法结合DL/T620-1997 ，采用“比湿”综合修正系数法，进一步细化了公式（3）中的湿度修正系数k：

3 国内外标准及试验所得修正因数比较

以工频放电电压为例，同时将所有标准的适用范围外延至5 000 m，以0 m 为基准，利用各种标准及试验研究获得的修正因数，分别计算其工频电压海拔校正因数，结果如表1所示。

表1 各种标准和实验海拔校正因素计算对比

根据国内外相关标准中海拔修正方法，结合相关单位和院校在高海拔外绝缘领域研究成果，高海拔地区空气间隙和外绝缘修正系数主要受大气参数的影响，引起电气设备外绝缘电气强度下降的主要原因是大气参数的变化，我国国土辽阔，不同高海拔地区的大气参数各具特色，差异较大，在同样的海拔高度，由于大气参数的差异，电气设备外绝缘的下降程度也是不一样的，对一个具体的工程一律采用国家标准或者电力标准的方法校正不一定合适，受其适用范围限制，应采用标准与实验相结合的方法。

4 高海拔接触网空气绝缘间隙建议

就电气化铁路而言，如果接触网的绝缘间隙过大，则必然会提高电气设备的耐压等级及水平，造成投资过大；如果绝缘间隙过小，则必然招致击穿绝缘间隙的情况频频发生，造成不稳定运行。对于高海拔地区电气化铁路，在可研设计阶段，建议采取表1各种标准和实验海拔校正因素计算均值，对《铁路电力牵引供电设计规范》（TB 10009-2016）关于接触网的空气绝缘间隙进行修正，见表2。

表2 接触网的空气绝缘间隙海拔修正值

接触网最小空气间隙距离选择是由工频电压、操作过电压、雷电过电压来确定的，而25 kV电压等级的接触网系统的雷电过电压成为最小空气间隙的控制因素。因此接触网的绝缘配合，尤其的防雷配合也成为选择最小空气间隙距离的一个重要依据。

根据我国高原特点，西南、西北部铁路桥隧比例高，而隧道内牵引网的绝缘水位因隧道空间的限制，比隧道外要低。同时，隧道内存在着潮湿、重污秽等不利运行因素。因此，在铁路长大隧道，在易受雷击的车站和桥梁，或是高雷击地区的线路等，为了确保设施和线路安全，则采用了在区域两端，按现场雷击局部地域设置氧化锌避雷器等予以防护。合理配置接触网隧道两端避雷器也成为优化隧道内接触网最小空气间隙的重要研究课题。

5 结束语

高海拔环境对电气化铁路接触网外绝缘影响较大，对接触网系统安全可靠运行和控制隧道工程投资起着至关重要的作用，通过调研IEC、国标、行业标准和实验数据，吸收消化既有研究成果，本文对高海拔条件下接触网空气绝缘间隙的选择提出初步的指导意见，但是实际地点的气候参数情况并非如理论所想，即便是运行于相同海拔高度不同地理位置的高压线路也因日照强度、污区等级的差异其修正值也有所不同。所以建议在初步设计阶段选择典型的地点作为试验研究场所，全面掌握全线沿线的大气参数，综合考虑各方面因素，以大量的试验为支撑，进一步优化高海拔地区设备外绝缘耐受电压水平及大气参数校正系数，解决高海拔地区电气设备安全运行和减少投资问题。