高電壓設備絕緣老化及絕緣檢修策略研究

曹小連

廈門ABB開關(guān)有限公司，福建 廈門 361101

0 引言

在高電壓設備的運行過程中，運行系統(tǒng)長時間受到高壓、外部環(huán)境等因素的影響，易造成設備絕緣老化，嚴重時會造成電力系統(tǒng)供電中斷。

為了保證設備的正常運行，需要針對高壓電氣設備的絕緣情況進行狀態(tài)檢修。在此過程中，相關(guān)工作人員需要掌握絕緣老化的主要類型，并根據(jù)高電壓設備運行的實際情況，合理選擇檢修技術(shù)，針對高電壓設備進行定期檢查。一旦出現(xiàn)故障，應立即采取科學的檢修措施，保證設備的正常運行，保證電網(wǎng)處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)[1]。

1 高電壓設備絕緣老化的主要類型

1.1 多應力聯(lián)合老化

在研究高電壓設備的絕緣性能時，需要重點分析設備所用絕緣材料的外應力類型和材料的基本特性，以幫助工作人員掌握電壓設備中絕緣材料老化的基本規(guī)律。通常情況下，不同的絕緣材料受到環(huán)境影響會產(chǎn)生不同的老化現(xiàn)象，材料的特性與其使用過程中受外界因素干擾的程度直接相關(guān)?，F(xiàn)階段，在高電壓設備使用的材料中，外加應力的類型較多，外加應力對不同絕緣材料的影響不盡相同。在多種外加應力的作用下，可能會導致絕緣材料出現(xiàn)裂縫或氣穴。同時，如果絕緣材料長期暴露在濕度較高的工作環(huán)境中，材料老化速度會加快；絕緣材料對溫度較敏感，工作環(huán)境的溫度過高或過低都會影響材料的使用壽命。加強對外在應力對絕緣材料影響的研究，可以幫助工作人員采取有效的應對措施，避免外在因素導致的絕緣材料老化[2]。

1.2 電老化

多數(shù)高電壓設備的絕緣材料都可以實現(xiàn)局部放電，這可能會導致絕緣材料出現(xiàn)局部絕緣擊穿，使絕緣材料的絕緣性能受到破壞，發(fā)生電老化。隨著高電壓設備使用時間的增加，老化范圍會進一步擴大，使絕緣材料的絕緣性能嚴重下降。

根據(jù)高電壓設備材料的實際使用情況，如果絕緣材料局部放電時產(chǎn)生的電壓大于外施電壓，絕緣材料不會因為電場的變化出現(xiàn)老化。從這個角度出發(fā)，工作人員可以通過電擊穿的強度判斷絕緣材料是否存在電老化。

1.3 熱老化

高電壓設備在長期運行的過程中，會產(chǎn)生較大的熱量，使絕緣材料的溫度升高。絕緣材料對溫度較敏感，長期處于高溫工作環(huán)境會嚴重損害絕緣材料的質(zhì)量及使用壽命。

根據(jù)“10 ℃法則”，如果絕緣材料所處工作環(huán)境的溫度升高10 ℃，絕緣材料的使用壽命會縮減為原來的一半。雖然該理論可能會受到絕緣材料本身材質(zhì)的影響，與實際情況存在差異，但是溫度過高對于絕緣材料的壽命依然具有較大的負面影響[3]。有研究人員認為，絕緣材料出現(xiàn)熱老化現(xiàn)象的主要原因是絕緣材料與空氣發(fā)生氧化還原反應，在反應過程中產(chǎn)生了熱量，導致絕緣材料出現(xiàn)熱老化，在電導能力不斷增強的過程中，會造成熱擊穿。

2 高電壓設備絕緣檢修技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

高電壓設備絕緣檢修技術(shù)屬于電氣工程領域的技術(shù)，其主要針對高電壓設備的絕緣體結(jié)構(gòu)開展防護以及優(yōu)化工作。使用氣體放電等絕緣檢修技術(shù)，可以有效檢測高電壓設備的絕緣性能，研究絕緣檢修技術(shù)可以推動電氣行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。在傳統(tǒng)的絕緣檢修中，多使用電工陶瓷充當高電壓設備的外絕緣材料。電工陶瓷的降溫性能和電氣性能良好，并且具備較強的機械能力，可以使電力生產(chǎn)工作系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作環(huán)境。但是電工陶瓷的抗沖擊能力較弱，在實際應用中容易導致高電壓設備出現(xiàn)故障，嚴重時可能造成安全事故。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段已經(jīng)有多種可以有效代替電工陶瓷的絕緣材料被廣泛應用在電氣設備中。例如，新型復合絕緣技術(shù)主要采用有機材料作為高電壓設備的絕緣材料，其不僅具備有機材料的優(yōu)良性能，同時具有較高的環(huán)境適應性，可以保證設備在運行過程中的穩(wěn)定性。

3 高電壓設備絕緣檢修技術(shù)的應用優(yōu)勢

3.1 縮短停電周期、減少停電次數(shù)

當設備出現(xiàn)故障時，使用絕緣檢修技術(shù)可以縮短停電周期。使用絕緣檢修技術(shù)可以減少控制開關(guān)的數(shù)量，進而提升電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性；可以在檢修過程中減少停電次數(shù)，進而延長高電壓設備的使用壽命[4]。

3.2 提高檢修效率

通常情況下，企業(yè)會組織管理小組檢查高電壓設備的運行情況。但是部分企業(yè)缺少完善的檢修制度，工作人員在檢修工作中未能合理規(guī)劃高電壓設備的檢修，檢修工作的質(zhì)量也無法得到保證。利用絕緣檢修技術(shù)檢修高電壓設備的絕緣性能，可以有效避免上述問題。絕緣檢修技術(shù)可以幫助檢修人員及時發(fā)現(xiàn)高電壓設備中存在的絕緣問題，協(xié)助檢修人員分析和反饋電氣設備的運行情況，輔助檢修人員選擇正確的檢修手段，提升檢修工作的效率，進而降低高電壓設備的維護成本，提升整個電力系統(tǒng)的運行可靠性。

3.3 為檢修方案的制訂提供參考

絕緣檢修技術(shù)的應用，可以為高電壓設備檢修方案的制訂提供數(shù)據(jù)基礎。工作人員可以根據(jù)絕緣檢修得出的各項數(shù)據(jù)信息合理規(guī)劃高電壓設備的后續(xù)檢修方案。對于電力系統(tǒng)的運行，絕緣檢修技術(shù)的應用不僅可以增加系統(tǒng)的運行效率，同時可以降低經(jīng)濟成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4 高電壓設備絕緣檢修技術(shù)的應用要點

絕緣檢修涉及的技術(shù)較多，主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)等。在應用絕緣檢修技術(shù)時，可以通過相關(guān)設備和信息系統(tǒng)收集高電壓設備的數(shù)據(jù)，并利用系統(tǒng)自帶的篩選功能去除無效數(shù)據(jù)，重點收集有效數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)信息和分析結(jié)果直接存儲在信息系統(tǒng)中，便于工作人員利用數(shù)據(jù)信息開展維護管理工作。

絕緣檢修技術(shù)應用過程中的關(guān)鍵裝置是傳感器，傳感器可以收集信息數(shù)據(jù)。選擇傳感器時，需要重點關(guān)注傳感器的靈敏度，以及在收集數(shù)據(jù)方面的精確性，以保障數(shù)據(jù)收集和分析結(jié)果符合實際情況。

具體應用流程：通過傳感器收集、匯總高電壓設備絕緣材料的運行情況，并通過通信技術(shù)將相關(guān)信息傳入數(shù)據(jù)系統(tǒng)；系統(tǒng)在收到絕緣材料運行情況的數(shù)據(jù)之后，會對數(shù)據(jù)信息進行處理計算，并通過指定的數(shù)據(jù)處理技術(shù)將完成計算的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在指定區(qū)域，工作人員在開展高電壓設備絕緣檢修時，可以直接通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)信息；相關(guān)工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，通過人為數(shù)據(jù)比對，可以及時發(fā)現(xiàn)高電壓設備運行過程中的潛在危險源，以及出現(xiàn)故障的根本原因，并以此為依據(jù)，排除設備中的老化故障，制訂科學的維護處理方案[5]。

5 高電壓設備絕緣檢修策略

5.1 科學延長設備的絕緣壽命

采取有效手段延長高電壓設備絕緣材料的使用壽命是絕緣檢修工作的重點內(nèi)容。各種高電壓設備在出廠后都會明確規(guī)定使用年限，但是在實際生產(chǎn)過程中，設備的實際運行時間往往高于規(guī)定的使用年限。例如，一些企業(yè)在應用變壓器、發(fā)電機等設備時，經(jīng)常存在設備運行時間超過設備規(guī)定的使用時間的情況。如果設備的絕緣性能較優(yōu)異，可以繼續(xù)使用，但需做好定期檢修工作，消除設備中的安全隱患[6]。

工作人員需要明確掌握各種高電壓設備的使用年限，并根據(jù)使用年限預測使用壽命。針對使用時間未超過使用年限的設備，可以根據(jù)設備運行情況進一步優(yōu)化設備的絕緣性能，同時維修或更換設備中出現(xiàn)故障的零部件；對于使用時間超過使用年限的設備，工作人員需要重點掌握設備的實際運行情況，增加絕緣性能檢修工作的頻率。使用壽命的延長需要建立在科學和安全的基礎上，當設備的使用時間超過一定期限時，需要立即更換，避免設備在運行過程中出現(xiàn)安全事故。

5.2 應用有機絕緣材料

隨著技術(shù)水平的不斷提升，針對高電壓設備絕緣性能降低、絕緣材料老化的問題，可以應用有機絕緣材料進行改善?，F(xiàn)階段常用的有機絕緣材料幾乎都是高分子聚合物，包括塑料、橡膠、纖維等。其中，塑料的產(chǎn)量較大，被廣泛用于電器絕緣領域。有機絕緣材料的來源較為豐富，可以選擇的種類較多，具備其他材料無法比擬的優(yōu)勢。當前，應用最廣泛的有機絕緣材料是棒形懸式合成絕緣子，電力系統(tǒng)中的多數(shù)產(chǎn)品都應用了這一材料，我國在絕緣子材料發(fā)展方面已經(jīng)處于世界領先水平[7]。

5.3 應用在線監(jiān)測技術(shù)

高壓電氣設備絕緣性能的在線監(jiān)測技術(shù)是指當電器設備處于運行狀態(tài)時，可以根據(jù)工作電壓監(jiān)測絕緣性能的各項參數(shù)。該監(jiān)測技術(shù)可以準確監(jiān)測電氣設備在運行狀態(tài)中的絕緣性能。通常情況下，針對高電壓設備出現(xiàn)的絕緣老化問題，可以采取狀態(tài)檢修的方式，以進一步提升絕緣性能監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。通過對絕緣材料的性能監(jiān)測，工作人員可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析得到不同高電壓設備使用的不同絕緣材料的老化規(guī)律，為之后的絕緣性能檢修工作提供相關(guān)依據(jù)。

5.3.1 在線監(jiān)測技術(shù)的功能

在針對高電壓設備的絕緣性能進行在線監(jiān)測時，主要以設備的介損值作為主要參數(shù)，可以通過傅里葉變換的方法求解介損值。在線監(jiān)測技術(shù)具備以下功能：可以監(jiān)測避雷器運行過程中的各種參數(shù)，包括阻性電流、容性電流的變化情況，從而掌握絕緣材料的老化情況；可以通過測量電流互感器、耦合電容器等設備的參數(shù)，計算介損值，進而了解絕緣材料的受潮情況和老化程度；在線監(jiān)測技術(shù)可以不受電磁干擾的影響，將真實數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的遠程傳輸、數(shù)據(jù)共享等。

5.3.2 數(shù)據(jù)分析方法

利用在線監(jiān)測技術(shù)進行數(shù)據(jù)分析診斷時，可以采用相互比較法和趨勢分析法。

（1）相互比較法。雖然在線監(jiān)測技術(shù)得到的各項數(shù)據(jù)可能會受到其他因素的影響，但是對于處于相同工作環(huán)境的相同設備，影響程度會保持一致，因此可以利用相互比較法，判斷某一測量數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)是否存在明顯的差異。如果數(shù)據(jù)間的差異超過標準范圍，說明該設備存在絕緣缺陷[8]。

（2）趨勢分析法。高電壓設備的老化、磨損等都是持續(xù)性的過程，往往需要工作人員進行規(guī)律性的分析和總結(jié)，因此可以采取趨勢分析法對絕緣材料老化等問題的主要趨勢進行深度解析。

5.4 應用超聲波探測技術(shù)

過去針對高電壓設備絕緣材料的老化問題，多數(shù)情況下采用油溶解氣體分析技術(shù)進行狀態(tài)檢修。隨著技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展，超聲波探測技術(shù)得到發(fā)展，該技術(shù)相比于其他狀態(tài)檢修技術(shù)，成本較低、使用效果較理想，可以準確判斷高電壓設備中絕緣材料是否存在缺陷，具備推廣應用價值。

6 結(jié)束語

總而言之，高電壓設備絕緣材料的老化現(xiàn)象是電網(wǎng)運行的重要隱患，需要針對絕緣材料老化的原因以及老化趨勢進行深度分析，并以在線監(jiān)測技術(shù)為主，實時監(jiān)測設備的絕緣狀況，進而保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。