高電壓設(shè)備絕緣老化及狀態(tài)檢修技術(shù)

牟義革

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司

1 概述高電壓設(shè)備絕緣老化

根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況可以看出，絕緣材料在電場(chǎng)中發(fā)生老化的規(guī)律沒(méi)有一個(gè)科學(xué)的理論體系。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的討論與研究，大多數(shù)專業(yè)人士都認(rèn)為絕緣材料出現(xiàn)電老化的主要原因是由于其初始電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外部電壓，一旦絕緣材料的電場(chǎng)閾值比其所附加的外界電場(chǎng)的閾值大，那么相關(guān)的絕緣材料就可以達(dá)到理論上的無(wú)限壽命。這種觀點(diǎn)得到了廣泛的認(rèn)同，但也有部分人士對(duì)此報(bào)以懷疑的態(tài)度，他們認(rèn)為高電壓設(shè)備絕緣材料出現(xiàn)電老化和電場(chǎng)閾值并沒(méi)有多大的關(guān)系，其本身就是一個(gè)慢慢變化的過(guò)程。

1.1 電老化

絕緣體在電場(chǎng)作用下的老化行為沒(méi)有具體的描述公式，目前普遍采用倒數(shù)冪公式L=K/En進(jìn)行表示，其中K為與具體絕緣材料或電壓系統(tǒng)相關(guān)的常數(shù)，E表示外加電場(chǎng)，n表示電壓耐受系數(shù)。部分學(xué)者認(rèn)為如果外部施加的電壓低于絕緣局部放電起始的電壓時(shí)，材料就不會(huì)有受到電場(chǎng)干擾引起的老化。在恒溫的條件下，絕緣體的使用時(shí)間趨向于所在電場(chǎng)的閾值，如果絕緣體的外加電場(chǎng)接近或者低于所處電場(chǎng)的閾值，則此絕緣體的使用期限趨于無(wú)窮長(zhǎng)。此外，當(dāng)材料的擊穿強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部施加的電場(chǎng)時(shí)，此時(shí)的絕緣材料具有較長(zhǎng)的壽命，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被電場(chǎng)擊穿，具有較強(qiáng)的耐電強(qiáng)度。從非線性電導(dǎo)率的理論出發(fā)，電壓的電流會(huì)引起氣穴中氣體和表面溫度升高，使得絕緣體在外部施加電場(chǎng)的作用下持續(xù)老化。

1.2 熱老化

高電壓設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，使得絕緣材料的溫度升高，最終影響絕緣體的壽命。在其他條件不變的條件下，不同的絕緣體材料受溫度影響的程度會(huì)有差別。在熱量影響下的高電壓設(shè)備的絕緣老化，從化學(xué)角度來(lái)看是一種氧化效應(yīng)，是一個(gè)化學(xué)氧化反應(yīng)的過(guò)程：InL=InA+B/T。其中A和B都是特定條件下老化反應(yīng)的常數(shù)，L是絕緣體的使用壽命，T是絕對(duì)溫度。根據(jù)公式表明，絕緣介質(zhì)熱老化的程度主要是由溫度決定的，絕緣介質(zhì)的使用壽命與溫度關(guān)系較大。絕緣介質(zhì)熱老化這一氧化過(guò)程也區(qū)分了絕緣介質(zhì)在不同條件下的老化差異。

1.3 多應(yīng)力聯(lián)合老化

根據(jù)高電壓設(shè)備的運(yùn)行實(shí)踐情況，絕緣體材料的自身屬性、外部施加應(yīng)力的類型和生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)手段等都會(huì)影響絕緣老化的速度和程度。多應(yīng)力聯(lián)合老化是影響高電壓設(shè)備絕緣壽命的一種普遍形式，高電壓設(shè)備本身有很多的因素會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，主要是旋轉(zhuǎn)設(shè)備引起的部分振動(dòng)，還有金屬導(dǎo)體部分熱膨脹系數(shù)引起的周期性應(yīng)力和絕緣介質(zhì)材料承受的交流電場(chǎng)力等。機(jī)械應(yīng)力的表現(xiàn)形式主要是絕緣介質(zhì)材料長(zhǎng)時(shí)間使用產(chǎn)生裂紋或者氣穴，誘發(fā)形成電樹(shù)枝并生長(zhǎng)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)，主要表現(xiàn)為絕緣介質(zhì)受到電應(yīng)力、熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力三者的同時(shí)作用。此外，對(duì)于在濕度較大的環(huán)境下，濕度會(huì)影響到一些敏感潮氣的絕緣材料。從本質(zhì)上探究，影響絕緣老化的主要因素有電應(yīng)力、熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力以及潮氣等，都是通過(guò)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使得絕緣介質(zhì)老化，因此，可以在化學(xué)反應(yīng)上找到統(tǒng)一的形式表示多應(yīng)力聯(lián)合作用使得絕緣材料老化的規(guī)律。

2 絕緣檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)與技術(shù)組成

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

高電壓設(shè)備絕緣檢測(cè)技術(shù)具有眾多顯著的特征，一般包括：停電周期大幅減短，在一定程度上減少了控制開(kāi)關(guān)的數(shù)量。這一顯著的特征能夠有效的增加電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其在一定程度上大幅增加了電力系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)絕緣檢測(cè)技術(shù)對(duì)高電壓設(shè)備的絕緣性能實(shí)施檢測(cè)，可以有效避免定期檢修造成的資源浪費(fèi)以及維修時(shí)間安排不合理的問(wèn)題。與此同時(shí)，該技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的絕緣缺陷問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的反饋和檢修，保證了檢修的高效率，降低維修的成本，增加電力設(shè)備正常運(yùn)行的可靠性。使用檢測(cè)技術(shù)對(duì)高電壓設(shè)備的絕緣性能實(shí)施檢測(cè)，能夠?yàn)樵O(shè)備的檢修計(jì)劃提高可靠的數(shù)據(jù)支持，盡可能減少檢修過(guò)程中停電的次數(shù)，這樣才能確保設(shè)備絕緣性能的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間，同時(shí)節(jié)省了大量的人力以及物力。

2.2 技術(shù)組成

絕緣檢測(cè)技術(shù)一般是由絕緣材料的數(shù)據(jù)處理技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及數(shù)據(jù)收集技術(shù)等共同組成。數(shù)據(jù)的收集技術(shù)一般都需要大量的檢測(cè)傳感器的支持，使用傳感器對(duì)全部絕緣材料的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行匯總及收集數(shù)據(jù)，通過(guò)特殊的通信技術(shù)把收集到的信息與數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)將整個(gè)線路中絕緣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一與歸納，之后使用特定的數(shù)據(jù)處理技術(shù)把計(jì)算完成的數(shù)據(jù)儲(chǔ)藏在系統(tǒng)制定的區(qū)域，供后續(xù)工作參考以及借鑒。工作人員通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)與分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)隱患危險(xiǎn)點(diǎn)以及故障原因，從而進(jìn)行老化故障排除以及維護(hù)處理工作。絕緣檢測(cè)技術(shù)實(shí)際上就是一種數(shù)據(jù)濾波技術(shù)。在收集到的全部數(shù)據(jù)中把干擾數(shù)據(jù)以及無(wú)效數(shù)據(jù)篩選出去，收集有效的數(shù)據(jù)。使用這種方式對(duì)絕緣檢測(cè)到的信息以及數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的分析與處理，分析電氣設(shè)備絕緣材料的使用壽命以及老化程度。在對(duì)絕緣材料相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集的過(guò)程中，這種檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分就是收集數(shù)據(jù)的傳感器，因此，選用高精度的傳感器特別重要。傳感器的靈敏度決定了收集數(shù)據(jù)的精確性和靈活性，這樣才可以保證最終的研究成果是穩(wěn)定的、正確的。

3 絕緣老化設(shè)備狀態(tài)維修

3.1 狀態(tài)檢修意義

在傳統(tǒng)的設(shè)備絕緣狀況維護(hù)中，大部分都是根據(jù)定期實(shí)驗(yàn)、定期檢查來(lái)查看、控制、維護(hù)和保養(yǎng)設(shè)備材料的絕緣老化。但這種方式存在很多問(wèn)題，對(duì)于正常運(yùn)行的電力設(shè)備進(jìn)行停電實(shí)驗(yàn)會(huì)造成很大的不變，同時(shí)還浪費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，對(duì)于這種過(guò)度維修，在浪費(fèi)的同時(shí)，也可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)新的安全隱患。因此，電網(wǎng)現(xiàn)代化設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)成為一個(gè)用于預(yù)測(cè)和評(píng)估的重要手段資料，掌握了實(shí)際的運(yùn)行情況，根據(jù)數(shù)據(jù)差異比對(duì)，能夠有效判斷出設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行是否處于故障狀況。這樣能及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)判設(shè)備的絕緣老化狀態(tài)，有效的給定期維護(hù)帶來(lái)數(shù)據(jù)支持和重點(diǎn)分析。

3.2 絕緣老化維修的實(shí)現(xiàn)

檢測(cè)技術(shù)的可靠性、方便性和準(zhǔn)確性為高電壓設(shè)備的絕緣老化維修工作帶來(lái)了重要的數(shù)據(jù)支持。因此根據(jù)絕緣材料在不同外界應(yīng)力和環(huán)境影響下老化規(guī)律的變化，對(duì)高電壓設(shè)備絕緣材料運(yùn)行狀況進(jìn)行整理對(duì)比，確保及時(shí)檢測(cè)出老化安全隱患。為了更好的掌握絕緣材料的材質(zhì)特性和受外界應(yīng)力變化情況，必要的非破壞性試驗(yàn)不可缺少，同時(shí)還應(yīng)該具備全面的理論知識(shí)，為高電壓設(shè)備絕緣性能分析提供理論基礎(chǔ)。檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用中，一項(xiàng)必須解決的問(wèn)題顯得特別突出，那就是在檢測(cè)中的變量選擇。通常來(lái)說(shuō)，不同檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度不同，選擇的監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)方式也不同。隨著科技的發(fā)展，超聲波探測(cè)技術(shù)不斷應(yīng)用到設(shè)備絕緣老化監(jiān)測(cè)當(dāng)中，相比傳統(tǒng)的油浸故障分析，超聲波探測(cè)技術(shù)更加先進(jìn)、靈敏和可靠，同時(shí)也經(jīng)濟(jì)適用。

3.3 絕緣壽命預(yù)測(cè)

設(shè)備運(yùn)行超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限的有很多，通常是如發(fā)電機(jī)、變壓器之類的，在絕緣性能良好的前提下，不出現(xiàn)設(shè)備故障、安全隱患的通常都在繼續(xù)運(yùn)行?？煽康亟^緣壽命預(yù)測(cè)，能夠大大提高電氣設(shè)備的使用年限。發(fā)電機(jī)、變壓器之類的壽命應(yīng)該說(shuō)成是其“絕緣壽命”。通常絕緣年齡增加到一定程度時(shí)，絕緣壽命也就走到了盡頭，設(shè)備必須做出相應(yīng)處理，否則將會(huì)成為重點(diǎn)安全隱患。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影響電網(wǎng)運(yùn)行的重要安全隱患之一就是高電壓設(shè)備的絕緣老化問(wèn)題。只有依靠非破壞性試驗(yàn)與在線檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)各種高電壓設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，對(duì)電氣設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)以及絕緣狀況進(jìn)行精確的反應(yīng)，才可以有效地避免高電壓設(shè)備出現(xiàn)安全事故；現(xiàn)場(chǎng)工作人員必須不斷的提高自身的學(xué)習(xí)能力和技術(shù)水平，才可以為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行做好足夠的保障，為電力企業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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