高電壓設(shè)備的絕緣老化類型分析及狀態(tài)檢修技術(shù)探析

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司新沂市供電分公司 強(qiáng) 飚

1 高電壓設(shè)備絕緣老化的類型

熱老化。高電壓設(shè)備絕緣老化的常見類型之一便是熱老化，主要是因?yàn)楦唠妷涸O(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生巨大熱量，當(dāng)絕緣材料與高熱量結(jié)合后便會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，在持續(xù)升溫的狀態(tài)下絕緣材料便會(huì)逐漸被腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p壞，影響到高電壓設(shè)備的正常運(yùn)行。部分研究學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)高電壓設(shè)備的內(nèi)部溫度每上升10℃時(shí)，絕緣材料的性能便會(huì)相應(yīng)下降且使用壽命也會(huì)相對(duì)減少，而不同材質(zhì)的絕緣材料受溫度影響也是不同的，根據(jù)不同材料的特性其熱老化程度也不一致?？傊?，高電壓設(shè)備絕緣材料熱老化現(xiàn)象的主要因素，便是由于絕緣材料的特殊性能在高電壓設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中受到溫度影響產(chǎn)生的氧化反應(yīng)所造成的。

電老化。該現(xiàn)象通常伴隨著熱老化現(xiàn)象。高電壓設(shè)備的絕緣材料有局部放電的特點(diǎn)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，局部放電的電壓會(huì)損壞局部絕緣材料、導(dǎo)致絕緣性能下降，且材料損壞部分還會(huì)逐漸擴(kuò)大范圍，進(jìn)而影響到絕緣材料的使用壽命。另外局部放電現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致絕緣材料在熱量作用下產(chǎn)生氧化反應(yīng)，在絕緣材料損壞面積逐漸擴(kuò)大的基礎(chǔ)上還會(huì)增加絕緣材料的電導(dǎo)性能，最終導(dǎo)致絕緣材料被熱擊穿。有學(xué)者通過(guò)倒數(shù)冪公式（L=K/En，其中K 代表了絕緣材料及電壓系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)值，E 表示外場(chǎng)電壓，而n 代表了電壓耐受系數(shù)）計(jì)算得知，如若絕緣材料的耐電強(qiáng)度超過(guò)了局部放電的初始電壓，便不會(huì)發(fā)生電老化現(xiàn)象。因此在挑選高電壓設(shè)備絕緣材料時(shí)，還應(yīng)從絕緣材料的質(zhì)量及性能入手，選擇高品質(zhì)且耐電性強(qiáng)的絕緣材料，以此減少電老化現(xiàn)象。

多應(yīng)力聯(lián)合老化。通過(guò)相關(guān)學(xué)者的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)得知，絕緣材料的自身特性和外部聯(lián)合應(yīng)力增加的類型是決定材料老化速度及老化程度的關(guān)鍵因素。高電壓設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，大部分是由于旋轉(zhuǎn)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)引起的局部振動(dòng)，另一方面則是由于部分金屬導(dǎo)體在運(yùn)行過(guò)程中熱膨脹系數(shù)增大，引起了周期性應(yīng)力及交流電場(chǎng)力，在多應(yīng)力聯(lián)合的作用下，導(dǎo)致絕緣材料受損，進(jìn)而影響了高電壓設(shè)備的正常運(yùn)行。而造成機(jī)械應(yīng)力的主要原因則是由于絕緣材料在使用過(guò)程中產(chǎn)生了裂紋、氣穴等病害，隨著長(zhǎng)時(shí)間使用在絕緣材料上形成了電樹枝并不斷延伸。另外，當(dāng)絕緣材料在承受了電應(yīng)力、熱應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力的聯(lián)合作用下便會(huì)引起旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)，且當(dāng)高電壓設(shè)備處于潮濕環(huán)境時(shí)還會(huì)加速絕緣材料的老化速度，加重其老化程度。

2 高電壓設(shè)備絕緣材料狀態(tài)檢修技術(shù)的具體應(yīng)用

檢測(cè)絕緣材料的電阻值。絕緣材料的老化速度和老化程度取決于不同材質(zhì)，其具有一定的多樣性及多層性特點(diǎn)，為準(zhǔn)確了解外部施加的直流電壓對(duì)絕緣材料造成的損害，檢修人員可通過(guò)檢測(cè)絕緣材料的電阻值進(jìn)行判斷，以此分析絕緣材料的老化程度。當(dāng)外部施加的直流電壓經(jīng)過(guò)絕緣材料時(shí)，其部分電壓會(huì)被絕緣材料所吸收，而此時(shí)的電流會(huì)逐漸平穩(wěn)達(dá)到某一恒定值，所以可充分利用這一現(xiàn)象通過(guò)參考兆歐表測(cè)量絕緣材料的電阻值，以便采取相應(yīng)措施加以處理。

檢測(cè)絕緣材料的泄漏電流。檢測(cè)絕緣材料的泄漏電流與絕緣材料電阻值檢測(cè)原理一致，但與之檢測(cè)不同的地方在于檢測(cè)泄漏電流時(shí)需要利用10kV及以上的高電壓進(jìn)行檢測(cè)[1]。據(jù)絕緣材料在不同電壓下檢測(cè)反饋到的泄漏電流，制定出泄漏電流I 和試驗(yàn)電壓U 的關(guān)系圖，以此確定絕緣材料的運(yùn)行狀態(tài)，找出絕緣材料的故障原因，同時(shí)還可通過(guò)關(guān)系圖計(jì)算出絕緣材料的電阻值，能有效提高檢測(cè)效率，有助于減少故障排查時(shí)間。

檢測(cè)絕緣材料的物理參數(shù)。當(dāng)絕緣材料發(fā)生老化、處于故障狀態(tài)時(shí)，其物理參數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，因此物理參數(shù)可作為判定絕緣材料運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)。當(dāng)物理參數(shù)產(chǎn)生變化時(shí)，其介質(zhì)損失角正切值也會(huì)產(chǎn)生一定變化，主要是因?yàn)榻^緣材料被損壞時(shí)高電壓設(shè)備內(nèi)部的電流會(huì)逐漸增加，同時(shí)損失角正切值也會(huì)提高，導(dǎo)致?lián)p壞面積擴(kuò)大。但由于高電壓設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、絕緣材料較為集中，當(dāng)出現(xiàn)異常問(wèn)題時(shí)對(duì)其物理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)很難判斷出絕緣材料準(zhǔn)確的故障位置。所以還需根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況選擇合適的檢測(cè)方式。

檢測(cè)絕緣材料的耐壓性能。對(duì)絕緣材料實(shí)施耐壓性能檢測(cè)可幫助選擇質(zhì)量好、性能強(qiáng)的絕緣材料，有效預(yù)防絕緣材料的老化現(xiàn)象。在檢測(cè)過(guò)程中，主要對(duì)絕緣材料能承受的電壓進(jìn)行檢測(cè)，在絕緣材料使用過(guò)程中通過(guò)不斷增加電壓流量判斷其可承受的電壓數(shù)值，以此明確絕緣材料的老化程度。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中絕緣材料會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，為防止高電壓設(shè)備被破壞，在開展檢測(cè)實(shí)驗(yàn)前還需明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢⑵涠x為非破壞性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為保證高電壓設(shè)備的安全性，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需采取直流耐壓和交流耐壓測(cè)試的方式，以此保護(hù)高電壓設(shè)備[2]。另外還可利用電壓測(cè)試對(duì)高電壓設(shè)備的絕緣材料進(jìn)行檢測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)其中存在的安全隱患及故障，有利于更準(zhǔn)確掌握絕緣材料的運(yùn)行狀態(tài)。

3 高電壓設(shè)備絕緣材料老化狀態(tài)的檢修技術(shù)分析

3.1 絕緣材料老化狀態(tài)檢修技術(shù)的意義

絕緣材料的老化問(wèn)題是高電壓設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中逐漸變化的故障問(wèn)題，是在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)下所產(chǎn)生的。傳統(tǒng)檢修方式只有在設(shè)備發(fā)生故障停運(yùn)后才對(duì)高電壓設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、維修，在一定程度上延緩了維修時(shí)間，檢測(cè)結(jié)果也存在誤差，還增加了維修、人工成本。而利用當(dāng)下先進(jìn)的狀態(tài)檢修技術(shù)，可通過(guò)科技手段實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，可準(zhǔn)確掌握高電壓設(shè)備絕緣材料在通電情況下的運(yùn)行狀態(tài)，有利于實(shí)時(shí)了解絕緣材料的老化情況，能大幅提高檢修效率，穩(wěn)定絕緣材料的導(dǎo)電性能，保證高電壓設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 技術(shù)組成的主要內(nèi)容

當(dāng)前高電壓設(shè)備絕緣材料老化狀態(tài)檢修技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)及通信技術(shù)等，通過(guò)多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)對(duì)高電壓設(shè)備的絕緣材料運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面分析，以此提高檢修效率、提升故障排查的準(zhǔn)確性。其中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)各類絕緣材料在運(yùn)行狀態(tài)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總并整理，再利用專業(yè)的通信技術(shù)將收集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)收集到的整體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸納，而數(shù)據(jù)處理技術(shù)則是將歸納好的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至系統(tǒng)的指定文件中以供參考、分析。當(dāng)高電壓設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，檢修人員便可依照儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，使其快速查找到故障原因或存在安全隱患的部位，以便及時(shí)采取檢修工作，同時(shí)也可有效排除絕緣材料老化故障，為設(shè)備正常運(yùn)行提供可靠保障。

絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)也是檢修過(guò)程中常用的一種數(shù)據(jù)濾波技術(shù)，其能在采集數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)將干擾信號(hào)及不規(guī)則信號(hào)過(guò)濾處理掉，同時(shí)還能保存有效的信號(hào)數(shù)據(jù)，可大幅度提高數(shù)據(jù)收集、分析的準(zhǔn)確性，有利于檢測(cè)人員全面掌握絕緣材料的老化程度及使用壽命，可有效提高高電壓設(shè)備的運(yùn)行效率。

此外，超聲探測(cè)技術(shù)也是當(dāng)前檢測(cè)高電壓設(shè)備絕緣老化狀態(tài)的先進(jìn)技術(shù)之一，相較于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)效果更加準(zhǔn)確。其中應(yīng)用較多的便是脈沖——回聲技術(shù)，在檢測(cè)過(guò)程中能有效加強(qiáng)檢測(cè)力度，可準(zhǔn)確檢測(cè)出絕緣材料存在的安全問(wèn)題。在多層結(jié)構(gòu)的高電壓設(shè)備絕緣材料檢測(cè)工作中應(yīng)用較多，為檢修人員提供了有力幫助，并可有效提高檢修效率，加快高電壓設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)間。

3.3 預(yù)測(cè)高電壓設(shè)備絕緣材料的使用壽命

通過(guò)預(yù)測(cè)高電壓設(shè)備絕緣材料的使用壽命能有效提高高電壓設(shè)備的使用率，降低設(shè)備成本。當(dāng)發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備達(dá)到使用年限且能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，利用檢測(cè)技術(shù)對(duì)其絕緣材料的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此掌握其剩余使用期限。有部分學(xué)者提出高電壓設(shè)備的運(yùn)行壽命不應(yīng)局限于規(guī)定的使用年限，應(yīng)以絕緣材料的運(yùn)行狀態(tài)而決定，將油中CO、CO2及糠醛與紙絕緣的抗拉強(qiáng)度、聚合度相結(jié)合后，再經(jīng)過(guò)分析估算后得出絕緣材料的剩余壽命[3]。當(dāng)絕緣壽命增加到預(yù)定值時(shí)則代表絕緣壽命用盡，需及時(shí)更換全新設(shè)備或進(jìn)行其他相應(yīng)處理工作，避免高電壓設(shè)備持續(xù)運(yùn)行發(fā)生重大故障問(wèn)題。

總之，高電壓設(shè)備的穩(wěn)定性是決定電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，而絕緣老化問(wèn)題是損壞高電壓設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。為減少絕緣材料的老化現(xiàn)象、避免絕緣材料發(fā)生故障，需對(duì)絕緣材料進(jìn)行非破壞性實(shí)驗(yàn)，采取有效的檢測(cè)技術(shù)對(duì)高電壓設(shè)備各種類型的絕緣材料進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，以此明確高電壓設(shè)備的使用壽命及絕緣材料的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)各類檢測(cè)技術(shù)提升高電壓設(shè)備的運(yùn)行效率，提高絕緣材料的運(yùn)行質(zhì)量，在充分利用狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上提高絕緣材料的檢修效率，盡可能避免絕緣材料出現(xiàn)故障，以防高電壓設(shè)備出現(xiàn)故障停運(yùn)等事故，以此為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行提供可靠保障，促進(jìn)我國(guó)電力企業(yè)長(zhǎng)久、穩(wěn)定的發(fā)展。