高電壓設(shè)備絕緣老化及其狀態(tài)檢修技術(shù)探討

劉成寶

摘要：電力的廣泛應(yīng)用為生活和工作帶來(lái)更多的便捷，但在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用過(guò)程中，高電壓設(shè)備同樣會(huì)產(chǎn)生絕緣老化的情況，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行有效檢修。該文就高電壓設(shè)備絕緣老化及其狀態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行探究，簡(jiǎn)述設(shè)備絕緣老化的類型，并對(duì)其具體的檢修技術(shù)進(jìn)行研究和分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備檢修技術(shù)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單思考，旨在為相關(guān)工作人員提供幾點(diǎn)參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：高電壓設(shè)備絕緣老化檢修故障檢修檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1672-3791（2021）06（b）-0000-00

我國(guó)地理面積較為廣泛，在配置高電壓輸電設(shè)備時(shí)，受到環(huán)境因素影響，不同區(qū)域設(shè)備發(fā)生絕緣老化的概率不同，同時(shí)高電壓設(shè)備發(fā)生絕緣老化故障后，會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患，造成資產(chǎn)損失和人員安全問(wèn)題。因此，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修甚至更換。相關(guān)工作人員應(yīng)結(jié)合高電壓設(shè)備的實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行合理檢修，提早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并避免過(guò)度檢修，保障高電壓設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

1高電壓設(shè)備絕緣老化的危害和類型

1.1危害

正常情況下，高壓設(shè)備長(zhǎng)期高負(fù)荷、惡劣環(huán)境下運(yùn)行，具有特殊的危害性。主要包括人身安全隱患、資產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失等。為保障安全性，在安裝和管理高電壓設(shè)備的過(guò)程中，一方面，應(yīng)加強(qiáng)絕緣保護(hù)，另一方面，應(yīng)保持安全距離。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的過(guò)程中，高電壓設(shè)備可能存在絕緣老化的情況，老化后的絕緣層無(wú)法有效對(duì)高壓電起到良好的絕緣效果，可能造成絕緣擊穿、設(shè)備故障、通電故障以及放電故障的情況，不僅對(duì)電力運(yùn)行和控制產(chǎn)生影響，同時(shí)還會(huì)對(duì)人員的生命安全產(chǎn)生較大威脅[1]。

1.2分類

1.2.1貫穿性絕緣故障

在對(duì)高電壓設(shè)備進(jìn)行絕緣老化檢測(cè)時(shí)，其電擊穿強(qiáng)度是設(shè)備絕緣材料老化的重要指標(biāo)。在設(shè)備老化的過(guò)程中，絕緣的耐受電壓達(dá)到臨界值后發(fā)生擊穿和局部放電的情況，該處的絕緣材料被擊穿后，整體高電壓設(shè)備的絕緣情況受到嚴(yán)重不良影響，進(jìn)而使絕緣失效范圍逐漸增大，使放電現(xiàn)象更加嚴(yán)重，使危險(xiǎn)也在不斷提升。

1.2.2電、熱老化故障

電老化是由于絕緣材料質(zhì)量出現(xiàn)故障，其絕緣性能降低，逐漸失去絕緣作用，絕緣材料功能和使用壽命迅速縮短。在絕緣層導(dǎo)電能力逐步提高后，引發(fā)熱擊穿情況，進(jìn)而造成較為嚴(yán)重的故障影響。

熱老化故障是由于高電壓設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量熱，未實(shí)現(xiàn)有效擴(kuò)散降溫，絕緣材料長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)下，其壽命和功能性不斷下降，從而造成熱老化情況。在發(fā)生電老化和熱老化后，均會(huì)造成局部的放電和擊穿，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危險(xiǎn)隱患。

1.2.3多應(yīng)力聯(lián)合老化故障

高電壓設(shè)備老化的根本原因之一是絕緣材料受到內(nèi)部和外部等因素的影響，整體結(jié)構(gòu)無(wú)法抵抗運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，從而產(chǎn)生損壞，產(chǎn)生老化故障的情況。在高電壓設(shè)備中，金屬材料受到運(yùn)行中熱量的影響，膨脹系數(shù)增大，同時(shí)與高電壓設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的震動(dòng)情況進(jìn)行結(jié)合，造成多應(yīng)力聯(lián)合情況，對(duì)絕緣材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大壓力。在該環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，其老化速度逐漸加快，最終形成擊穿故障，進(jìn)而降低對(duì)應(yīng)力的抵抗效果，使高電壓設(shè)備絕緣壽命不斷降低[2]。

1.3狀態(tài)檢修的必要性

傳統(tǒng)檢修方式是通過(guò)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行定期或不定期檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)防和檢修恢復(fù)，然而這種檢修方式隨著電力設(shè)備的快速增長(zhǎng)，耗費(fèi)的人力、物力越來(lái)越大，不符合社會(huì)的發(fā)展需求。應(yīng)用狀態(tài)檢修方式，針對(duì)電力設(shè)備故障早期產(chǎn)生的局部放電進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，并對(duì)高壓局部放電進(jìn)行模型化試驗(yàn)處理，如圖1所示，達(dá)到檢測(cè)與分析診斷相結(jié)合的效果。了解實(shí)際絕緣老化的部位及其變化情況，堅(jiān)持“及早察覺(jué)、及時(shí)處理”以及“防患于未然”，降低絕緣故障帶來(lái)的不良影響。

2高電壓設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

2.1傳統(tǒng)離線檢測(cè)技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

2.1.1脈沖電流法檢測(cè)

當(dāng)絕緣介質(zhì)的局部存在缺陷時(shí)，工頻高壓激勵(lì)下，在缺陷部位的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)畸變。當(dāng)畸變的電場(chǎng)強(qiáng)度高于缺陷部位的耐受場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，就會(huì)形成局部擊穿的情況，產(chǎn)生短時(shí)高頻的脈沖電流，那么檢測(cè)阻抗端就會(huì)形成可用于測(cè)量的波形。通過(guò)測(cè)量電流的強(qiáng)度以及統(tǒng)計(jì)相位分布的規(guī)律來(lái)進(jìn)行分析和判斷，可以掌握絕緣的變化情況。使用專用設(shè)備對(duì)電流行波信號(hào)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)和分析，利用高頻行波在不連續(xù)處的反射變化情況進(jìn)行計(jì)算，就開(kāi)得到故障位置和故障情況[3]。具體見(jiàn)圖2。

脈沖電流檢測(cè)分析技術(shù)的應(yīng)用較為準(zhǔn)確，但在測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)和寬帶進(jìn)行調(diào)整，使其適合脈沖速度和特點(diǎn)，否則測(cè)量也會(huì)受到影響，產(chǎn)生信號(hào)誤差情況。

2.2.1電磁波檢測(cè)

在使用電磁波進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，主要利用電磁波傳播距離遠(yuǎn)、頻帶寬而高，檢測(cè)靈敏度高的特點(diǎn)，使其在對(duì)高電壓設(shè)備故障情況檢測(cè)時(shí)更加深入且全面。在高壓設(shè)備絕緣產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，會(huì)伴隨電磁波發(fā)射的現(xiàn)象，可以利用全向或者定向天線收集空間電磁波并進(jìn)行檢測(cè)。利用分時(shí)掃頻，可以捕獲電磁能量聚集的頻段信號(hào)。再利用頻譜特征和多通道時(shí)域時(shí)差參數(shù)，對(duì)該處信號(hào)進(jìn)行深度的分析，明確是否為高電壓設(shè)備絕緣故障。在應(yīng)用過(guò)程中，電磁波可能會(huì)受到周圍環(huán)境影響，信噪比是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

2.2.2暫態(tài)地電壓檢測(cè)

暫態(tài)地電壓檢測(cè)技術(shù)是一種新型的檢測(cè)方法。在高電壓設(shè)備出現(xiàn)局部放電時(shí)，其產(chǎn)生不同方向的脈沖電流，電流傳輸過(guò)程中產(chǎn)生電磁波，其穿過(guò)設(shè)備的外部箱體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)電壓，暫態(tài)電壓隨著設(shè)備外箱流向地下，因此被稱為暫態(tài)地電壓。對(duì)該電壓進(jìn)行檢測(cè)，記錄電磁波脈沖經(jīng)過(guò)箱體的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算來(lái)識(shí)別故障的具體位置。在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的設(shè)備上，電磁波存在多次反射后可能檢測(cè)精度造成影響。

2.2.3超聲在線檢測(cè)

在絕緣發(fā)生局部擊穿時(shí)，會(huì)伴隨介質(zhì)振動(dòng)的現(xiàn)象發(fā)生。由于超聲頻段能量較為集中，通過(guò)使用專門設(shè)備，利用超聲波的定向性來(lái)對(duì)高電壓設(shè)備放電情況進(jìn)行檢測(cè)，可以很好地指示局放發(fā)生的位置。在接收超聲波信號(hào)的同時(shí)時(shí)，可以利用外差技術(shù)將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為音頻信號(hào)，同時(shí)，在顯示器上展示出其強(qiáng)度，進(jìn)而便于測(cè)量人員評(píng)估設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。在高電壓設(shè)備發(fā)生放電時(shí)，超聲波能夠快速的確定放電源頭。此方法能夠進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)高電壓設(shè)備無(wú)損耗，整體控制和識(shí)別效果較為良好。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，信號(hào)衰減嚴(yán)重，容易被環(huán)境中的較大幅值的聲波淹沒(méi)，濾波和模式識(shí)別尤為重要。FDB12A2B-77C8-4C0C-8E5C-661A959BDDB8

2.2.4 UHF在線監(jiān)測(cè)

UHF在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，主要利用UHF傳感器和采集單元IDE以及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器構(gòu)成。在應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)特高頻傳感器，對(duì)局部放電過(guò)程中特定頻段（300～1500MHz）電磁波無(wú)線信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，利用服務(wù)分析系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電情況的檢測(cè)和識(shí)別。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中具有抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)空氣電暈干擾不敏感以及故障識(shí)別效率高等優(yōu)勢(shì)，但受到技術(shù)影響，對(duì)彈墊、粉塵等造成的故障無(wú)法識(shí)別，存在一定誤差[4]。

3高電壓設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)的探討

3.1機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)分析

高電壓設(shè)備工作時(shí)，由于電動(dòng)力和磁致伸縮等因素影響下同時(shí)會(huì)存在相對(duì)均勻的振動(dòng)。使用檢測(cè)設(shè)備對(duì)其振動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，在存在絕緣缺陷而存在局部放電時(shí)，由于放電的不規(guī)則性，會(huì)對(duì)本體振動(dòng)的強(qiáng)弱產(chǎn)生影響，使振動(dòng)存在一定的特異性，對(duì)機(jī)械狀態(tài)的特異性進(jìn)行分析，就能夠了解局放的情況，從而使局放檢測(cè)技術(shù)得到有效提升。

3.2紅外波成像技術(shù)在局放檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

紅外成像技術(shù)是一種新型的高科技手段，通過(guò)檢測(cè)紅外波段的電磁波，對(duì)局部放電情況進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，通過(guò)探測(cè)儀對(duì)比局放位置與正常區(qū)域紅外線差，紅外線到達(dá)集成光敏元件，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，形成有顏色的圖片來(lái)顯示溫度分布，從而獲得紅外熱像圖，便于檢測(cè)人員對(duì)設(shè)備局放位置和故障規(guī)模等進(jìn)行識(shí)別和分析。紅外成像技術(shù)，在圖像化方面使得現(xiàn)代化局放檢測(cè)手段得到了有效的擴(kuò)展。

3.3聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備在局放檢測(cè)中的應(yīng)用

聲學(xué)成像技術(shù)，主要利用在空間中聲波變化情況，識(shí)別集群通道上超聲信號(hào)相位差異，進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理進(jìn)行聲源確定。在高電壓設(shè)備局部放電中，電流與空氣接觸產(chǎn)生微小聲音，此類設(shè)備進(jìn)行多通道接收，利用相控陣原理進(jìn)行分析，確定聲源的幅值，了解放電情況，同時(shí)確定放電位置。通過(guò)聲學(xué)網(wǎng)格化強(qiáng)度圖和可視場(chǎng)景的結(jié)合，使現(xiàn)代化高電壓設(shè)備局放檢測(cè)技術(shù)更加豐富[5]，如圖3所示。

3.4雷達(dá)成像技術(shù)在電力領(lǐng)域具備應(yīng)用前景的探討

雷達(dá)成像技術(shù)是電力場(chǎng)景正在研究技術(shù)之一，利用天線陣，可以實(shí)現(xiàn)多路并行的被動(dòng)電磁波接收，利用天線陣方向性調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)來(lái)波方位進(jìn)行鎖定，準(zhǔn)確定位局放的發(fā)生位置。同時(shí)，波束方向性優(yōu)良，受到環(huán)境影響小，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)O細(xì)微的變化進(jìn)行識(shí)別[6]。結(jié)合可視攝像的視頻形成的環(huán)境圖像和定位圖像的疊加，能夠更加直觀地對(duì)變電站中高電壓設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行大面積掃描和巡檢，有效提高檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高電壓設(shè)備絕緣故障放電具有較大的危險(xiǎn)性和破壞性，相關(guān)檢修人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備檢修的重視，通過(guò)不同的技術(shù)提高檢測(cè)的精準(zhǔn)度，利用局部放電階段的數(shù)據(jù)提前評(píng)估絕緣的實(shí)際情況，防微杜漸、避免過(guò)度檢修，同時(shí)不斷發(fā)掘新型檢測(cè)技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用，從更多維度上對(duì)狀態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)充，從而提高檢測(cè)分析的可信度，優(yōu)化檢修人員的檢修管理方式，保障設(shè)備安全可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊鵬.高壓電氣設(shè)備的維護(hù)對(duì)策分析[J].電子技術(shù)，2021，50（7）：266-267.

[2] 孫沖.高電壓計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)研究及一體化檢測(cè)設(shè)備研制[J].河北電力技術(shù)，2018，37（4）：2.

[3] 李建偉.高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及狀態(tài)檢修技術(shù)研究[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2019（9）：156.

[4] 楊愛(ài)新.電力電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)研究[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2019（4）：233.

[5] 劉東超，林語(yǔ)，原輝，等.灰度紋理與油氣特征融合的油紙絕緣老化狀態(tài)評(píng)估[J].中國(guó)電力，2020，53（12）：159-166，197.

[6] 雷亮，許曉晨.高電壓絕緣技術(shù)的應(yīng)用與研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（23）：184.FDB12A2B-77C8-4C0C-8E5C-661A959BDDB8