探析高電壓設(shè)備的絕緣老化及狀態(tài)檢修技術(shù)

王子齊

摘要：隨著社會生產(chǎn)力的逐步提高以及電氣設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的不斷進(jìn)步，高電壓設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)以及絕緣老化受到社會各界人士的廣泛關(guān)注。只有充分了解高電壓設(shè)備絕緣老化的規(guī)律，才可以增加電力企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，提高電力企業(yè)在社會中的信譽(yù)。本文主要分析了絕緣老化主要類型，并且探討了有關(guān)絕緣老化的狀態(tài)檢修技術(shù)，希望能夠給有關(guān)人士提供一些參考內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高電壓設(shè)備；絕緣老化；狀態(tài)檢修技術(shù)

1絕緣老化主要類型

1.1熱老化

高壓電氣設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致絕緣材料的溫度升高。溫度升高影響絕緣材料的壽命。1930年V.M.Montsinger首次提出了絕緣材料的壽命與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，即10℃規(guī)則，認(rèn)為溫度每升高10℃，絕緣材料的壽命約減半。實(shí)際上，不同絕緣材料的老化速度應(yīng)該不同，所以10℃規(guī)則不能簡單地應(yīng)用于所有的絕緣系統(tǒng)。1985年EPRI針對不同等級的電機(jī)絕緣得出的研究結(jié)果見表1。

表1不同等級的電機(jī)絕緣材料壽命減半對應(yīng)的溫度

1948年Dakin提出的新觀點(diǎn)認(rèn)為熱老化實(shí)為有聚合鏈分裂等作用的氧化效應(yīng)，本質(zhì)為一種化學(xué)反應(yīng)過程，因此，應(yīng)當(dāng)遵循化學(xué)反應(yīng)速率方程1nL=1nA+B/T。其中，A、B分別是由特定老化反應(yīng)所決定的常數(shù)，L為絕緣壽命，T為絕對溫度。該方程的提出，為高溫加速老化試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果的外推提供了理論依據(jù)，彌補(bǔ)了Montsinger10℃規(guī)則難以區(qū)分不同條件下老化的差異的缺點(diǎn)。

1.2電老化

絕緣體在電場作用下的老化行為沒有具體的描述公式，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，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，材料就不會有受到電場干擾引起的老化。在恒溫的條件下，絕緣體的使用時間趨向于所在電場的閾值，如果絕緣體的外加電場接近或低于所處電場的閾值，則此絕緣體的使用期限趨于無窮長。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時，此時的絕緣材料具有較長的壽命，在較長一段時間內(nèi)不會被電場擊穿，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的作用下持續(xù)老化。

1.3多應(yīng)力聯(lián)合老化

對于絕緣材料在高電壓設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，材料老化的速度通常與絕緣材料材質(zhì)和施加的外加應(yīng)力類型有很大關(guān)系。當(dāng)前高電壓設(shè)備的絕緣性能研究過程中，應(yīng)研究絕緣材料的材質(zhì)特性和外加應(yīng)力類型，繼而找到高電壓設(shè)備中絕緣材料的老化情況規(guī)律。不同的絕緣材質(zhì)，對環(huán)境因素的影響結(jié)果不同，材質(zhì)特性決定其在使用過程中受到外界干擾破壞的難易程度。材料外加應(yīng)力類型的多樣化導(dǎo)致對材料的影響程度差異很大，絕緣材料受到外界機(jī)械應(yīng)力影響，容易產(chǎn)生裂縫或氣穴。而絕緣材料對于工作環(huán)境濕度、溫度異常敏感長期處于不宜條件下，導(dǎo)致絕緣材料老化程度大大加深。所以對于絕緣材料的多應(yīng)力聯(lián)合老化因素探究，在預(yù)防高電壓設(shè)備絕緣材料老化中是一項(xiàng)重要措施。

2對絕緣老化的狀態(tài)檢修技術(shù)

2.1高電壓設(shè)備絕緣老化狀態(tài)檢修技術(shù)

高電壓設(shè)備絕緣老化的狀態(tài)檢修技術(shù)，需要結(jié)合高電壓設(shè)備所處的環(huán)境、分析其所受到的聯(lián)合應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)對絕緣老化故障的解決。在線監(jiān)測技術(shù)能夠使高電壓設(shè)備發(fā)生的絕緣老化問題得到及時的發(fā)現(xiàn)，也能夠?yàn)楣收系慕鉀Q提供有效的故障信息。高電壓設(shè)備絕緣老化的狀態(tài)檢修技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要對高電壓設(shè)備的絕緣老化規(guī)律進(jìn)行探究，能使絕緣材料的運(yùn)行使用狀況得到體現(xiàn)，能使相關(guān)檢修維護(hù)人員了解其變化方向。為了保證高電壓設(shè)備的絕緣老化技術(shù)能夠具備科學(xué)性與有效性，也需要對相關(guān)的設(shè)備絕緣材料進(jìn)行非破壞性的試驗(yàn)，分析其主要的作用機(jī)制。在高電壓設(shè)備的絕緣老化檢測方面，主要使用油中溶解氣體分析與油浸故障分析的方法，在檢修方式上的不同，容易因?yàn)闄z測變量的不同而導(dǎo)致不同的檢測效果。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，超聲探測狀態(tài)檢測技術(shù)在高電壓設(shè)備的絕緣老化狀態(tài)檢修中逐漸得到了應(yīng)用。超聲探測技術(shù)不僅具備著經(jīng)濟(jì)成本較低的特點(diǎn)，還能夠更具實(shí)用效果，在檢測技術(shù)方面較原有方式有著較大提升。高電壓設(shè)備的絕緣老化狀態(tài)檢修，使用較為廣泛的方式主要為脈沖-回聲技術(shù)，具備著對高電壓設(shè)備絕緣老化故障較強(qiáng)的檢測能力，能夠更好地適應(yīng)多層絕緣材料的高電壓設(shè)備檢修，保證高電壓設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.2高電壓設(shè)備的絕緣壽命預(yù)測

電氣設(shè)備絕緣壽命預(yù)測超過設(shè)計(jì)年限而繼續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器等的絕緣壽命預(yù)測技術(shù)有著顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義?！俺瑝勖痹O(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的前提是必須可靠地估計(jì)其殘余壽命。有學(xué)者認(rèn)為變壓器壽命不決定于已運(yùn)行的年數(shù)而應(yīng)由其絕緣實(shí)際狀況決定是否繼續(xù)使用，并提出了“絕緣年齡”的概念，以油中CO、CO2、糠醛并結(jié)合紙絕緣的抗拉強(qiáng)度和聚合度測量來估算?！敖^緣年齡”增加時，設(shè)備運(yùn)行的可靠性將降低；可靠性低于某一預(yù)定值時，認(rèn)為絕緣壽命已盡，設(shè)備即退出運(yùn)行或進(jìn)行相應(yīng)的處理。一般認(rèn)為紙的抗拉強(qiáng)度下降到50%時，絕緣壽命已盡。

3結(jié)語

總而言之，影響電網(wǎng)運(yùn)行的重要安全隱患之一就是高電壓設(shè)備的絕緣老化問題。只有依靠非破壞性試驗(yàn)與在線檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，對各種高電壓設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時的檢測，對電氣設(shè)備的發(fā)展趨勢以及絕緣狀況進(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?，F(xiàn)場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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（作者單位：呼和浩特供電局修試管理處）