气间隙放电特性的海拔修正比较研究
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本文采用所在地气象观测数据为论证基础，依 据内蒙正蓝旗气象站和昆明提供的气象数据推出了 最近１０年最小相对空气密度及月最小绝对湿度，并 据此计算了多年的平均值。正蓝旗气象站位于内蒙 古高原中部，北纬４２。１５’，东经１１５。５９’，海拔高 度为１３００．１ｍ。昆明地处云贵高原中部，其气象观 测基地位于北纬２５。０１’，东经１０２。４７’，海拔高度 为１９９８ｍ。采用上述方式统计的参考大气条件列于 表１，其对应的参数曲线绘于图１。
摘要 高压输电系统采用长空气间隙绝缘，其破坏性放电电压不仅与所加电压的波形相关， 还与大气条件相关。本文采用Ｇ参数法研究中国蒙古高原、云贵高原地区直流８００ｋＶ和交流 ５００ｋＶ、１０００ ｋＶ输电系统空气间隙的高海拔修正。研究统计了设计所在地近１０年逐年逐月气象 数据，计算了操作冲击以及雷电冲击电压作用下的不同修正系数，并将这些数据与ＩＥＣ ６００７１中 海拔修正的相关规定进行了比较。经分析认为，ＩＥＣ６００７１采用的海拔修正适用于高湿度低纬度气 候条件，中国高原地区的大气条件差异较大，应依据当地气象条件确定修正系数。中国正在筹建 的８００ｋＶ级直流特高压换流站在国际上还没有先例，其空气间隙设计中应考虑中国区域性气象条 件。
一－．ａｋ．－－ＡＨ一内蒙古１３００ｍ—＊—一ＡＨ一昆明２０００ｍ
图１ 内蒙、昆明大气条件比较
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ
ａｂｓｏｌｕｔｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｋｕｎｍｉｎｇ 从上述气象数据资料可以看出，蒙古高原降水 量少而不匀、寒暑变化剧烈，属于中温带季风气候； 比较而言，中国西南的云贵高原由于纬度较低，年 温差小，降水充沛，空气湿度较高。
作冲击、雷电冲击三种电气强度作用。理论认为，
气体间隙放电过程从独立电子崩开始，其后出现电
离特强的放电区域，即由电子崩转为流注，电子碰
撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要形式。
当间隙距离较长时，流注发展到一定长度，通道根
部电子数量增大使其根部温度升高，出现热电离。
热电离导致弧道电阻减小，并加大了放电头部前沿
１
Ｓｕ Ｚｈｉｙｉ＂
（１．Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｘｉ’ａｎ ７１００４ｆｆ Ｃｈｉｎａ
２．Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８５ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｌｏｎｇ ａｉｒ－ｇａｐｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｈｏｓｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｄｅｐｅｎｄ ｏｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｅｄ ｖｏｌｔａｇｅｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌｏｎｇ ａｉｒ．ｇａｐｓ ｏｆ ＡＣ５００ｋＶ，１０００ｋＶ ａｎｄ ＤＣ８００ｋＶ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｙｕｎｇｕｉ Ｐｌａｔｅａｕ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｗｉｔｈ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｍｏｎｔｈｌｙ ｆｏｒ ｌａｓｔ １０ ｙｅａｒｓ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｍｐｕｌｓｅｓ．ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｆｒｏｍ ＩＥＣ６００７ １ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｏｆ ＩＥＣ６００７ １ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｒｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｏｒ ｄａｍｐ ｒｅｇｉｏｎｓ，ａｎｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｐｌａｔｅａｕ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉＳ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｙｕｎｇｕｉ Ｐｌａｔｅａｕ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｌｏｃａｌｌｙ．Ａｓ ｔｈｅ ８００ｋＶ ＤＣ ｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ（ＵＨＶ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｂｅｉｎｇ ｂｕｉｌｔ ｕｎｄｅｒ ｗａｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｈａｖｅ ｎｏ ｐｒｅｃｅｄｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｔｈｅｉｒ ａｉｒ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｍｕｓｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
的确定涉及绝缘配合方式的选择、高海拔修正以及
最小电气距离的计算，以上三个问题在特高压方面
的应用还处于探索阶段。本文结合高海拔地区交流
５００ｋＶ、１０００ｋＶ变电站和直流８００ｋＶ换流站最小电 气距离选择，研究超高压交流变电站和特高压直流
换流站空气间隙的高海拔修正问题。
高压设备运行中，其外绝缘可能承受稳态、操
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ－ＨＶＤＣ，ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ＵＨｖ，ａｉｒ ｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｂｒｅａｋｄｏｗｎ，ｐｌａｔｅａｕ
１ 引言
特高压电网是指交流电压在７５０ｋＶ以上，直流 电压在６００ｋＶ以上的输变电系统。曲于中国国民经
济预测将持续稳定增长，为更好的利用西部水电和 煤炭资源，降低输电损耗，中国开始筹建额定电压 为交流１０００ｋＶ和直流±８００ｋＶ的特高压国家电网， 其中８００ｋＶ级特高压换流站在世界还没有先例。
￡广最短放电路径，ｍ
万方数据
第２１卷第６期
王 垣等 特高压换流站空气间隙放电特性的海拔修正比较研究
９
３ 中国高原地区大气参数
中国高海拔地区主要包括西南的云贵高原、西 北的黄土高原以及华北的蒙古高原，由于区域辽阔， 气候条件差异很大。华北的蒙古高原是中国西北水 电和山西、陕西煤电外送的重要通道，云贵高原是 西南水电送出的关键通道，这两个地区是中国特高 压技术应用的关键【６】，本文即以此为例进行研究。
卜海拔高度ｍ百而１ 标准【３】中提出的１０００ｍ以下海拔校正公式为 ｇａ
式中
（１）
当海拔在１０００ｍ到２０００ｍ时，每上升１００ｍ，
间隙绝缘强度下降１％，这一修正方法适用范围有
限，也没有区分施加电压类型，不适于作为特高压
直流换流站的设计依据。国际电工委员会推荐的高
海拔地区空气间隙绝缘强度修正的方法见
度随含水量增加而增加。绝对湿度定义为单位容积
空气中所含水汽的质量，它决定了单位体积空气中
水蒸气分子数。
利用校正因数可将给定试验条件下测得的破坏
性放电电压换算到标准参考大气条件下的值。与此
对应也可将给定的参考条件下所规定的试验电压换 算到试验条件下的等价值。目前被广泛接受的是Ｇ 参数法，该方法已经反映在ＩＥＣ６００６０标准之中【５】。 Ｇ参数法所采用的大气条件修正因数为
关键词：高压直流 换流站 特高压 空气间隙 放电 高原 中图分类号：ＴＭ７２１．１
Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅｓ ｏｆ Ａｉｒ Ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｉｎ ＵＨＶ
Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎｓ
１’
１
Ｗａｎｇ Ｘｕａｎｌ’‘Ｃａｏ Ｘｉａｏｌｏｎ９１
ＩＥＣ６００７１【４】。但根据这一标准提出的结果是否符合
中国情况还没有发现报道。由于特高压系统的高海
拔修正问题在世界上也还属于探索阶段，本文尝试
依据区域性气象统计数据研究中国高海拔地区特殊
气象条件对于特高压换流站空气间隙绝缘强度的影
响，并将研究结果与ＩＥＣ６００７１进行比较，以评价
ＩＥＣ相关研究成果在中国应用的可行性，向我国特
表１ 内蒙、昆明１０年逐月气象参数
Ｔａｂ．１
Ｍｏｎｔｈｌｙ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｔｅｎ ｙｅａｒｓ ｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｋｕｎｍｉｎｇ
５ 盒
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９
目
Biblioteka Baidu
９５
●
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靛
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月份
一＋－砌Ｄ一内蒙古１３００ｍ—◆一对。一昆明２０００ｍ
Ｋａｔ＝幻×如＝扩ｘｋ”
（３）
其中，空气密度校正因数ｋｌ＝万”；湿度校正因数 ｋ２＝ｋｗ，ｋ为绝对湿度ｈ与相对空气密度万之比的函 数，且与放电电压类型有关。校正公式中的指数ｍ、 ｗ的取值考虑到预放电类型和湿度影响，由放电电 压和最小放电距离确定的参数Ｇ决定。
Ｇ＝ｊ瓦５００ＵＬ万 Ｂ瓦足
（４）
式中 ％——实际大气条件下５０％破坏性放电电 压，ｋＶ
温度和气压的共同作用可以用相对空气密度表 征，相对空气密度决定了碰撞游离的平均自由程； 以温度和大气压力表示的相对空气密度见下式
万：一ｂ．—２７３—＋ｔｏ
（２）
％
２７３＋ｔ
式中，ｔｏ＝２０℃，ｂｏ＝１０１．３ｋＰａ。
同理，受气压影响，海拔越高，相对空气密度
也越低。
空气中含水量同样影响间隙闪络电压，绝缘强
区域场强，使得间隙在较低电压下即被击穿。先导
型放电是长间隙气体绝缘击穿的主要形式。对于长
空气间隙电气强度的影响因素除了作用电压的幅
值、波形、持续时间和极性外，还包括绝缘的温度、
压力、电极形状等外部物理状态【ｌ＇２】。
当给定空气放电路径后，长空气间隙破坏性放
电电压随空气密度或湿度的增加而增高。中国国家
４ 特高压换流站空气间隙的大气条件修正
直流８００ｋＶ和交流１０００ｋＶ属于特高压范畴。
特高压经换流、变压后接入５００ｋＶ超高压交流电网，
因此，特高压（变电站）换流站主要考虑这３个电
压等级。对于超高压和特高压输电系统，操作过电
压是确定其空气间隙绝缘强度的控制性因素。研究结
果表明，交流ｌｏｏｏｋＶ变电站和直流８００ｋＶ换流站
高压工程建设提供基础性的研究数据。
２用于大气条件校正的Ｇ参数法
空气绝缘破坏性放电电压与大气条件有关。空 气间隙闪络电压的大气条件修正主要考虑气压、温 度、湿度等参数影响。
温度是表示空气冷热程度的物理量，它实际上 是空气分子平均动能大小的反映。大气压强是在大 气接触面上，空气分子作用在每单位面积上的压力， 这个力是由空气分子的碰撞而引起的。由于地球引 力的作用，离地表越远，空气越稀薄，因而气压越 低。而在同一海拔高度，气压又随地理纬度的增加 而降低。
２００６年６月 第２１卷第６期
电工技术学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＦ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖ０１．２１ Ｊｕｎ．
Ｎｏ．６ ２００６
特高压换流站空气间隙放电特性的 海拔修正比较研究
王 垣１，２ 曹晓珑 １ 宿志一２
（１．西安交通大学电力设备电气绝缘国 家重点实验室 西安７１００４９ ２．中国电力科学研究院 北京 １０００８５）
要求的操作冲击耐受电压分别达到１６９０ｋＶ和
１６２５ｋＶ，二者非常相近。本文依据正蓝旗和昆明气
象站气象数据统计（表１），采用Ｇ参数法计算这两
个地区特高压换流站空气间隙的大气条件修正因
数，计算结果列于表２。
表２ ８００ｋＶ特高压换流站相对地空气间隙大气条件修正
用于绝缘配合的地区大气参数选择方法很多， 当确定配合耐受电压时，可采用取设计所在地的多 年平均值、多年极端值或月极值三种方法。从强度 观点应考虑到最不利条件，即低的绝对湿度、低气 压和高温，但三者同时出现的概率很低。采用年极 端值进行海拔修正过于苛刻，而采用年平均值又过 于宽松，通过统计多年出现的月最高温度和月最低 气压来确定大气条件修正的月极值法更为可行。
万方数据
８
电工技术学报
２００６年６月
高海拔地区超高压和特高压变电站（换流站）
设计中采用长空气间隙，合理选择电气距离具有重
大经济意义。这一问题在特高压输电技术中更加突
出，属于瓶颈因素。高海拔地区特有的气象条件使
得空气间隙的放电电压降低，因此，在进行高海拔
地区配电装置设计时，必须加强电气设备的外绝缘
并放大空气间隙。高海拔地区变电站最小电气距离
摘要 高压输电系统采用长空气间隙绝缘，其破坏性放电电压不仅与所加电压的波形相关， 还与大气条件相关。本文采用Ｇ参数法研究中国蒙古高原、云贵高原地区直流８００ｋＶ和交流 ５００ｋＶ、１０００ ｋＶ输电系统空气间隙的高海拔修正。研究统计了设计所在地近１０年逐年逐月气象 数据，计算了操作冲击以及雷电冲击电压作用下的不同修正系数，并将这些数据与ＩＥＣ ６００７１中 海拔修正的相关规定进行了比较。经分析认为，ＩＥＣ６００７１采用的海拔修正适用于高湿度低纬度气 候条件，中国高原地区的大气条件差异较大，应依据当地气象条件确定修正系数。中国正在筹建 的８００ｋＶ级直流特高压换流站在国际上还没有先例，其空气间隙设计中应考虑中国区域性气象条 件。
一－．ａｋ．－－ＡＨ一内蒙古１３００ｍ—＊—一ＡＨ一昆明２０００ｍ
图１ 内蒙、昆明大气条件比较
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ
ａｂｓｏｌｕｔｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｋｕｎｍｉｎｇ 从上述气象数据资料可以看出，蒙古高原降水 量少而不匀、寒暑变化剧烈，属于中温带季风气候； 比较而言，中国西南的云贵高原由于纬度较低，年 温差小，降水充沛，空气湿度较高。
作冲击、雷电冲击三种电气强度作用。理论认为，
气体间隙放电过程从独立电子崩开始，其后出现电
离特强的放电区域，即由电子崩转为流注，电子碰
撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要形式。
当间隙距离较长时，流注发展到一定长度，通道根
部电子数量增大使其根部温度升高，出现热电离。
热电离导致弧道电阻减小，并加大了放电头部前沿
１
Ｓｕ Ｚｈｉｙｉ＂
（１．Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｘｉ’ａｎ ７１００４ｆｆ Ｃｈｉｎａ
２．Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８５ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｌｏｎｇ ａｉｒ－ｇａｐｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｈｏｓｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｄｅｐｅｎｄ ｏｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｅｄ ｖｏｌｔａｇｅｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌｏｎｇ ａｉｒ．ｇａｐｓ ｏｆ ＡＣ５００ｋＶ，１０００ｋＶ ａｎｄ ＤＣ８００ｋＶ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｙｕｎｇｕｉ Ｐｌａｔｅａｕ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｗｉｔｈ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｍｏｎｔｈｌｙ ｆｏｒ ｌａｓｔ １０ ｙｅａｒｓ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｍｐｕｌｓｅｓ．ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｆｒｏｍ ＩＥＣ６００７ １ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｏｆ ＩＥＣ６００７ １ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｒｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｏｒ ｄａｍｐ ｒｅｇｉｏｎｓ，ａｎｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｐｌａｔｅａｕ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉＳ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｙｕｎｇｕｉ Ｐｌａｔｅａｕ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｌｏｃａｌｌｙ．Ａｓ ｔｈｅ ８００ｋＶ ＤＣ ｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ（ＵＨＶ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｂｅｉｎｇ ｂｕｉｌｔ ｕｎｄｅｒ ｗａｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｈａｖｅ ｎｏ ｐｒｅｃｅｄｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｔｈｅｉｒ ａｉｒ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｍｕｓｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
的确定涉及绝缘配合方式的选择、高海拔修正以及
最小电气距离的计算，以上三个问题在特高压方面
的应用还处于探索阶段。本文结合高海拔地区交流
５００ｋＶ、１０００ｋＶ变电站和直流８００ｋＶ换流站最小电 气距离选择，研究超高压交流变电站和特高压直流
换流站空气间隙的高海拔修正问题。
高压设备运行中，其外绝缘可能承受稳态、操
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ－ＨＶＤＣ，ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ＵＨｖ，ａｉｒ ｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｂｒｅａｋｄｏｗｎ，ｐｌａｔｅａｕ
１ 引言
特高压电网是指交流电压在７５０ｋＶ以上，直流 电压在６００ｋＶ以上的输变电系统。曲于中国国民经
济预测将持续稳定增长，为更好的利用西部水电和 煤炭资源，降低输电损耗，中国开始筹建额定电压 为交流１０００ｋＶ和直流±８００ｋＶ的特高压国家电网， 其中８００ｋＶ级特高压换流站在世界还没有先例。
￡广最短放电路径，ｍ
万方数据
第２１卷第６期
王 垣等 特高压换流站空气间隙放电特性的海拔修正比较研究
９
３ 中国高原地区大气参数
中国高海拔地区主要包括西南的云贵高原、西 北的黄土高原以及华北的蒙古高原，由于区域辽阔， 气候条件差异很大。华北的蒙古高原是中国西北水 电和山西、陕西煤电外送的重要通道，云贵高原是 西南水电送出的关键通道，这两个地区是中国特高 压技术应用的关键【６】，本文即以此为例进行研究。
卜海拔高度ｍ百而１ 标准【３】中提出的１０００ｍ以下海拔校正公式为 ｇａ
式中
（１）
当海拔在１０００ｍ到２０００ｍ时，每上升１００ｍ，
间隙绝缘强度下降１％，这一修正方法适用范围有
限，也没有区分施加电压类型，不适于作为特高压
直流换流站的设计依据。国际电工委员会推荐的高
海拔地区空气间隙绝缘强度修正的方法见
度随含水量增加而增加。绝对湿度定义为单位容积
空气中所含水汽的质量，它决定了单位体积空气中
水蒸气分子数。
利用校正因数可将给定试验条件下测得的破坏
性放电电压换算到标准参考大气条件下的值。与此
对应也可将给定的参考条件下所规定的试验电压换 算到试验条件下的等价值。目前被广泛接受的是Ｇ 参数法，该方法已经反映在ＩＥＣ６００６０标准之中【５】。 Ｇ参数法所采用的大气条件修正因数为
关键词：高压直流 换流站 特高压 空气间隙 放电 高原 中图分类号：ＴＭ７２１．１
Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅｓ ｏｆ Ａｉｒ Ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｉｎ ＵＨＶ
Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎｓ
１’
１
Ｗａｎｇ Ｘｕａｎｌ’‘Ｃａｏ Ｘｉａｏｌｏｎ９１
ＩＥＣ６００７１【４】。但根据这一标准提出的结果是否符合
中国情况还没有发现报道。由于特高压系统的高海
拔修正问题在世界上也还属于探索阶段，本文尝试
依据区域性气象统计数据研究中国高海拔地区特殊
气象条件对于特高压换流站空气间隙绝缘强度的影
响，并将研究结果与ＩＥＣ６００７１进行比较，以评价
ＩＥＣ相关研究成果在中国应用的可行性，向我国特
表１ 内蒙、昆明１０年逐月气象参数
Ｔａｂ．１
Ｍｏｎｔｈｌｙ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｔｅｎ ｙｅａｒｓ ｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ａｎｄ Ｋｕｎｍｉｎｇ
５ 盒
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９５
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《 √
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一＋－砌Ｄ一内蒙古１３００ｍ—◆一对。一昆明２０００ｍ
Ｋａｔ＝幻×如＝扩ｘｋ”
（３）
其中，空气密度校正因数ｋｌ＝万”；湿度校正因数 ｋ２＝ｋｗ，ｋ为绝对湿度ｈ与相对空气密度万之比的函 数，且与放电电压类型有关。校正公式中的指数ｍ、 ｗ的取值考虑到预放电类型和湿度影响，由放电电 压和最小放电距离确定的参数Ｇ决定。
Ｇ＝ｊ瓦５００ＵＬ万 Ｂ瓦足
（４）
式中 ％——实际大气条件下５０％破坏性放电电 压，ｋＶ
温度和气压的共同作用可以用相对空气密度表 征，相对空气密度决定了碰撞游离的平均自由程； 以温度和大气压力表示的相对空气密度见下式
万：一ｂ．—２７３—＋ｔｏ
（２）
％
２７３＋ｔ
式中，ｔｏ＝２０℃，ｂｏ＝１０１．３ｋＰａ。
同理，受气压影响，海拔越高，相对空气密度
也越低。
空气中含水量同样影响间隙闪络电压，绝缘强
区域场强，使得间隙在较低电压下即被击穿。先导
型放电是长间隙气体绝缘击穿的主要形式。对于长
空气间隙电气强度的影响因素除了作用电压的幅
值、波形、持续时间和极性外，还包括绝缘的温度、
压力、电极形状等外部物理状态【ｌ＇２】。
当给定空气放电路径后，长空气间隙破坏性放
电电压随空气密度或湿度的增加而增高。中国国家
４ 特高压换流站空气间隙的大气条件修正
直流８００ｋＶ和交流１０００ｋＶ属于特高压范畴。
特高压经换流、变压后接入５００ｋＶ超高压交流电网，
因此，特高压（变电站）换流站主要考虑这３个电
压等级。对于超高压和特高压输电系统，操作过电
压是确定其空气间隙绝缘强度的控制性因素。研究结
果表明，交流ｌｏｏｏｋＶ变电站和直流８００ｋＶ换流站
高压工程建设提供基础性的研究数据。
２用于大气条件校正的Ｇ参数法
空气绝缘破坏性放电电压与大气条件有关。空 气间隙闪络电压的大气条件修正主要考虑气压、温 度、湿度等参数影响。
温度是表示空气冷热程度的物理量，它实际上 是空气分子平均动能大小的反映。大气压强是在大 气接触面上，空气分子作用在每单位面积上的压力， 这个力是由空气分子的碰撞而引起的。由于地球引 力的作用，离地表越远，空气越稀薄，因而气压越 低。而在同一海拔高度，气压又随地理纬度的增加 而降低。
２００６年６月 第２１卷第６期
电工技术学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＦ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖ０１．２１ Ｊｕｎ．
Ｎｏ．６ ２００６
特高压换流站空气间隙放电特性的 海拔修正比较研究
王 垣１，２ 曹晓珑 １ 宿志一２
（１．西安交通大学电力设备电气绝缘国 家重点实验室 西安７１００４９ ２．中国电力科学研究院 北京 １０００８５）
要求的操作冲击耐受电压分别达到１６９０ｋＶ和
１６２５ｋＶ，二者非常相近。本文依据正蓝旗和昆明气
象站气象数据统计（表１），采用Ｇ参数法计算这两
个地区特高压换流站空气间隙的大气条件修正因
数，计算结果列于表２。
表２ ８００ｋＶ特高压换流站相对地空气间隙大气条件修正
用于绝缘配合的地区大气参数选择方法很多， 当确定配合耐受电压时，可采用取设计所在地的多 年平均值、多年极端值或月极值三种方法。从强度 观点应考虑到最不利条件，即低的绝对湿度、低气 压和高温，但三者同时出现的概率很低。采用年极 端值进行海拔修正过于苛刻，而采用年平均值又过 于宽松，通过统计多年出现的月最高温度和月最低 气压来确定大气条件修正的月极值法更为可行。
万方数据
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电工技术学报
２００６年６月
高海拔地区超高压和特高压变电站（换流站）
设计中采用长空气间隙，合理选择电气距离具有重
大经济意义。这一问题在特高压输电技术中更加突
出，属于瓶颈因素。高海拔地区特有的气象条件使
得空气间隙的放电电压降低，因此，在进行高海拔
地区配电装置设计时，必须加强电气设备的外绝缘
并放大空气间隙。高海拔地区变电站最小电气距离