海拔高度对云南光伏扬水系统的影响

随着光伏扬水系统在国内的不断推广,我国西南、西北地区很多场合开始大范围采用光伏扬水系统来实现农牧业和群众生活的日常提水、灌溉.西南和西北地区面积占国土面积的一半以上,海拔2000m以上地区则占全国面积的35%左右.国家标准规定,低压电器使用的海拔高度为2000m及以下,如果海拔高度超过2000m,通用低压电器的使用会受到某些限制,这表示光伏扬水系统在这些高海拔地区使用时,需注意相关的限制事项.

在海拔5000m的范围内,海拔每升高100m,气压降低约1.07kPa,在海拔1000m以上,每升高100m,气温平均下降0.6度.气压降低后对电器产品的影响主要有两方面:

一、气压降低会造成空气介质绝缘强度降低,导致电器产品绝缘性能下降.

空气的介质绝缘强度随气压变化成凹形曲线（巴森定律）,在中间有一个绝缘强度的最低点,在高于该点气压时,绝缘强度随气压升高而增加,在低于该点气压时,绝缘强度随气压降低而增加.这是因为,在空气密度较大的情况下,电子或自由电子附着在气体分子上形成的离子在电场中加速运动,由于气体分子间的间隙很小,分子间碰撞频繁,离子无法加速到足够的动能去碰撞其他分子使其电离.而在空气密度较小的情况下,尽管电场中离子可以加速到足够的动能,但与气体分子的碰撞概率大大降低,同样不利于气体介质的电离.在常压情况下,空气的介质绝缘强度是随着空气密度的减少而逐渐降低的.

二、气压降低,空气密度减小,会降低电器产品散热能力.

高海拔地区要求对电器产品的介电强度相关指标进行修正,如工频耐压和冲击耐压、电气间隙和爬电距离等;还要求对电器产品的额定容量进行修正.

工频耐压和冲击耐压修正的修正系数表

注:低压电器的介电试验,例如相与相之间、相和中性线与地之间、同一相断开触点之间的介电性能试验包括了对固体绝缘和电气间隙的绝缘试验,因此试验电压应按表的要求进行修正.因专门用于固体绝缘的介电性能不受海拔高度的影响,所以试验电压不需要校正.

2、电气间隙修正

低压电器电气间隙修正系数可按照《特殊环境条件高原电工电子产品 第1部分:通用技术要求》（GB/T20626.1-2006）给出的图表计算:

电气间隙修正系数表

注1:产品使用海拔介于表内两值之间时,可用插入法进行折算.

注2:本表仅适用于低压产品.

注3:在实际使用中应考虑风速对电气间隙的影响.

3、额定容量修正

以上提到,空气密度低会造成电器产品散热能力降低,虽然随着海拔升高,温度降低,可部分补偿散热能力降低而增加的温升,但总体说来,由于散热能力降低,电器温升增加是不争的事实,所以需对电器产品的额定容量进行修正.具体修正系数因产品散热条件和方式而异,一般来说需降容使用.

    光伏扬水系统在高海拔地区的应用

光伏扬水系统应用在高海拔地区,其组成系统中的扬水逆变器、汇流箱、控制柜等电器设备,需如上所述对介电强度相关指标进行修正,对额定容量进行修正,而这需从产品设计阶段即考虑海拔的影响,这一方式会带来较大的研发投入;另外一种方式是对光伏扬水系统采用某些选择性措施,使之可安全应用于高海拔地区,这也许是更为现实的办法.

以西门子MICROMASTER 440通用变频器为例,如下图所示,在高海拔地区使用时,其对输出电流和输入电源电压进行了降容的处理.

光伏扬水系统也可采用类似的方式,对输入电源电压和额定容量进行降容处理,以适用于高海拔地区.对扬水逆变器来说,可依据厂家提供的产品设计标准给出修正系数,不同厂家的产品该系数有所差别;对光伏扬水系统中的汇流箱、控制柜等配电设备来说,受海拔高度影响较大的是其中采用的开关元件,如直流断路器,下表为某厂家直流断路器在海拔高度2000m以上的修正值,分断能力保持不变.可通过查询开关元件的使用手册来确定相关设备的修正系数.