高壓電氣設(shè)備絕緣性能判定技術(shù)分析
隨著電網(wǎng)運(yùn)行電壓的不斷提高，運(yùn)行事故不斷發(fā)生，絕緣是引起電氣設(shè)備故障原因之一，高壓設(shè)備的壽命主要取決于絕緣性能的好壞，因此絕緣性能是電氣設(shè)備一項(xiàng)重要指標(biāo)。在電氣設(shè)備試驗(yàn)中，絕緣測試是相當(dāng)重要的。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)絕緣技術(shù)監(jiān)督工作，電氣絕緣技術(shù)監(jiān)督（以下簡稱“絕緣監(jiān)督”）工作是保證電氣設(shè)備健康和正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，是確保電力設(shè)備安全的重要措施，也是電力工業(yè)技術(shù)管理的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。
檢查電氣設(shè)備絕緣性能的絕緣試驗(yàn)大致可分為絕緣特性試驗(yàn)和絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。絕緣特性試驗(yàn)是在較低的電壓下，以比較簡單的手段，從各種不同的角度鑒定絕緣的性能。絕緣特性試驗(yàn)一般包括：絕緣電阻測量、吸收比測量、極化指數(shù)測量、介質(zhì)損耗因數(shù)測量。絕緣特性試驗(yàn)主要用來判斷絕緣的質(zhì)量狀態(tài)及發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的或整體缺陷，以判斷設(shè)備是否能繼續(xù)絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)的一個(gè)輔助判斷手段，出廠前的絕緣特性測量可作為日后維護(hù)上有價(jià)值的資料，以判斷設(shè)備是否老化、受潮及其他原因引起的絕緣劣化等。
1絕緣性能判定技術(shù)
1.1絕緣電阻測量法
絕緣電阻是外施電壓除以全電流后的值，由于電流是隨時(shí)間變化的量。該電流通常由三部分組成：位移電流、吸收電流、泄漏電流組成。位移電流即電容電流，一般經(jīng)0.5s基本衰減完畢；吸收電流是絕緣介質(zhì)的極化，衰減較慢；泄漏電流是介質(zhì)內(nèi)部或表面移動(dòng)的帶電粒子產(chǎn)生的傳導(dǎo)電流，一般不隨時(shí)間變化。全電流的這種衰減現(xiàn)象稱之為介質(zhì)的吸收。
該方法為最基本而常用的非破壞性試驗(yàn)方法：通常使用兆歐表測量被試驗(yàn)的絕緣電阻。通電氣設(shè)備的絕緣都為多層，這些多層絕緣體，在外施直流電壓下，就有吸收現(xiàn)象，即電流逐漸減小，而趨于某一恒定值（泄漏電流）。因?yàn)橥ㄟ^介質(zhì)的電流與介質(zhì)電阻的測量值成反比，如被試品絕緣狀況愈好，吸收過程進(jìn)行得愈慢，吸收現(xiàn)象便愈明顯，如被試品嚴(yán)重受潮或其中有集中性導(dǎo)電通道，由于絕緣電阻顯著降低，泄漏電流增大，吸收過程快。這樣流過絕緣的電流便迅速變?yōu)橐惠^大的泄漏電流。因此可根據(jù)被試品的電流變化情況來判斷被試品的絕緣狀況。
當(dāng)被試品絕緣中存在貫穿的集中性缺陷時(shí)，反映泄漏電流的絕緣電阻明顯下降，用兆歐表檢查時(shí)便發(fā)現(xiàn)。例如：變電站中的針式絕緣子最常見的缺陷是瓷質(zhì)開裂，開裂后絕緣電阻明顯下降，一般就可用兆歐表檢測出來；而發(fā)電機(jī)的絕緣往往變動(dòng)甚大，它和被試品的體積、尺寸、空氣狀況等有關(guān)，往往難以給出一定的絕緣電阻值的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
由于測量時(shí)受到表面污穢或周圍大氣條件（特別是相對溫度較高時(shí)）的影響，常會(huì)使得絕緣電阻降低很多，在實(shí)際測量中應(yīng)充分考慮這些因素。一般在試驗(yàn)后，必須將電極短路接地10min以上，將剩余電荷盡量放完，然后再進(jìn)行下一試驗(yàn)。
絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)的測量是評價(jià)電氣設(shè)備絕緣質(zhì)量的方法之一。由于絕緣電阻測試只需一個(gè)兆歐表就可以進(jìn)行，而且是一種非破壞性試驗(yàn)，在現(xiàn)場使用十分方便，因此被廣泛采用，通過絕緣電阻的測量有助于對絕緣狀況做出正確的分析判斷。絕緣電阻在某一電壓范圍內(nèi)大致為不變的值，當(dāng)絕緣介質(zhì)受潮劣化或絕緣介質(zhì)中存在缺陷時(shí)，在較低的電壓下，絕緣電阻就呈現(xiàn)較低值。絕緣電阻的測定結(jié)果與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度上升時(shí)，絕緣電阻下降，一般測量溫度要求在10-40度，溫度小于85%。
1.2交流耐壓試驗(yàn)
交流耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣耐受工頻電壓作用能力的試驗(yàn)。對220kv及以下電氣設(shè)備也用它來檢驗(yàn)絕緣耐受操作過電壓，暫時(shí)過電壓的能力。試驗(yàn)時(shí)，按規(guī)定將被試品接入試驗(yàn)回路，逐步升高電壓至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定工頻耐受電壓值，保持1min，然后迅速、均勻地降壓到零。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，被試品絕緣未發(fā)生擊穿或表面閃絡(luò)，則認(rèn)為通過了該項(xiàng)試驗(yàn)。工頻交流耐壓試驗(yàn)所施電壓高出電氣設(shè)備額定工作電壓，通過這一試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)很多絕緣缺陷，尤其對局部缺陷更為有效，其缺點(diǎn)是可能在耐壓試驗(yàn)時(shí)給絕緣帶來一定損傷，所以應(yīng)在絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等項(xiàng)目試驗(yàn)合格后，才可進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)。
電力設(shè)備在運(yùn)行中，絕緣長期受著電場、溫度和機(jī)械振動(dòng)的作用會(huì)逐漸發(fā)生劣化，其中包括整體劣化和部分劣化，形成缺陷。工頻交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度最有效和最直接的方法，是預(yù)防性試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。此外，由于交流耐壓試驗(yàn)電壓一般比運(yùn)行電壓高，因此通過試驗(yàn)后，設(shè)備有較大的安全裕度，因此交流耐壓試驗(yàn)是保證電力設(shè)備安全運(yùn)行的一種重要手段。
在外施耐壓試驗(yàn)時(shí)，如果未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣擊空或局部損傷，則試驗(yàn)合格。目前，在工頻耐壓試驗(yàn)中主要還是依賴儀表指示的變化和被試品有否異常聲響來進(jìn)行判斷。在試驗(yàn)過程中，儀表指示穩(wěn)定不變，被試品無異常聲響則可以判斷試品通過外施耐壓試驗(yàn)。如果儀表指示發(fā)生變化，被試品內(nèi)部有放電聲響則說明有問題，未能通過試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，如儀表無明顯變化，但試品內(nèi)部有異響，應(yīng)重復(fù)試驗(yàn)，并找出原因，消除異響。
1.3直流耐壓試驗(yàn)
直流耐壓試驗(yàn)也能確定絕緣的電氣強(qiáng)度，與交流耐壓試驗(yàn)相比，它的特點(diǎn)是：試驗(yàn)設(shè)備輕小，其次在絕緣進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)的同時(shí)，可通過測量泄漏電流來觀察內(nèi)部的絕緣缺陷。
直流耐壓試驗(yàn)的原理與絕緣電阻試驗(yàn)的原理相同，只是試驗(yàn)電源由高壓整流裝置供給，泄露電流用微安表測量。在被試物上加上高于工作電壓一定倍數(shù)的試驗(yàn)電壓并經(jīng)歷一定時(shí)間的一種絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。在升壓過程中，分階段讀取在該電壓下的泄露電流值，繪出直流電壓和泄露電流的關(guān)系曲線，用以衡量在直流試驗(yàn)電壓下的絕緣情況。絕緣良好的被試品泄露電流曲線是近似直線，當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時(shí)，電流急劇增加。
現(xiàn)場直流耐壓試驗(yàn)電壓測量裝置（系統(tǒng)）一般有高阻器與微安表串聯(lián)的測量系統(tǒng)、電阻分壓器與低壓電壓表的測量系統(tǒng)，以及高壓靜電電壓表。測量用的高阻器和電阻分壓器的高壓臂電阻器的阻值，既要盡可能大，以減小測量裝置的功率損耗，又要考慮高阻器阻值過大，可能帶來的測量誤差。高阻器的阻值應(yīng)該是穩(wěn)定的，一般按工作電流0.5～1ma，至少不小于200μa選擇其電阻值。高阻器的絕緣套管最好不要分段，上端應(yīng)有均壓裝置，下端應(yīng)有屏蔽環(huán)。測量裝置（系統(tǒng)）的測量誤差應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)gb311.4-83中規(guī)定的要求，即直流試驗(yàn)電壓平均值的測量誤差不大于3%。
當(dāng)高阻器與直流微安表串聯(lián)的測量系統(tǒng)的電阻元件暴露在空氣中，并且靠近直流高壓導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線的離子流會(huì)引起測量誤差。如果電阻元件裝
在絕緣套管里，可以減小或消除離子流引起的測量誤差。帶交流電壓的導(dǎo)體的電場不會(huì)引起上述直流電壓測量系統(tǒng)的電壓平均值的測量誤差。
當(dāng)采用電阻分壓器與有效值電壓表的測量系統(tǒng)，并且靠近交流高壓導(dǎo)體時(shí)，交流高壓導(dǎo)體的電場會(huì)引起直流電壓平均值的測量誤差，用遠(yuǎn)離交流高壓導(dǎo)體的辦法減小或消除交流高壓導(dǎo)體電場引起的測量誤差的估算方法。
1.4局部放電測量
傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，設(shè)備在經(jīng)受短時(shí)工頻耐壓和沖擊耐壓后，便可保證長期運(yùn)行，但隨著電壓等級的不斷提高，在大量的運(yùn)行事故中發(fā)現(xiàn)，一些電氣在沒有遭受任何過電壓的情況下，也會(huì)發(fā)生絕緣故障。造成這些故障的原因是在長期運(yùn)行過程中，其內(nèi)部絕緣的某些薄弱部位在高場強(qiáng)作用下發(fā)生了局部放電，從而導(dǎo)致絕緣性能下降，在嚴(yán)重的局部放電長期作用下，甚至造成擊穿。
因此，對于一些高壓電氣設(shè)備在長期工作下能否安全可靠運(yùn)行，僅通過短時(shí)工頻耐壓和沖擊耐壓試驗(yàn)考核是不夠的，尚須考核其局部放電性能。
制造廠對這項(xiàng)測試技術(shù)非常重視，現(xiàn)場也通過局放試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了多起運(yùn)行中的或新安裝的設(shè)備中的缺陷。
在實(shí)際測量中，為避免因測試系統(tǒng)的靈敏度不同而造成測試結(jié)果的不可對比，一般規(guī)定一個(gè)放電量水平，當(dāng)放電達(dá)到或一出現(xiàn)就超過這個(gè)水平時(shí)的外施電壓有效值就作為局部放電起始電壓，當(dāng)放電低于這個(gè)水平時(shí)的漆黑一團(tuán)電壓的最高值作為局部放電熄滅電壓。對油紙絕緣，通過起始放電電壓高于額定電壓，而對于固體絕緣，放電電壓與額定電壓相差不大。
局部放電測量方法分為電測法和非電測法兩大類。電測法應(yīng)用較多的是脈沖電流法和無線電干擾電壓法。非電測法主要有聲測法、光測法等。目前，電測法已廣泛用于局部放電的定量測量。非電測法由于至今沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的局部放電定量方法，使其應(yīng)用受到限制。但通過測量非電信號(hào)，可測定局部放電部位。
只要不產(chǎn)生擊穿并且不出現(xiàn)長時(shí)間的特別高的局部放電，則試驗(yàn)是非破壞性的。當(dāng)局部放電不能滿足驗(yàn)收判斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡量查明原因。
局部放電測量過程中，可能由于嚴(yán)重的干擾信號(hào)導(dǎo)致無法進(jìn)行，一般干擾來源較多，如電源網(wǎng)絡(luò)、電磁場輻射、接觸不良、接地系統(tǒng)及懸浮電位的金屬體等，一般采用的抗干擾措施如濾波、屏蔽及接地等。
2結(jié)論
高壓電氣設(shè)備絕緣性能的判定對于電氣設(shè)備的運(yùn)行具有重要意義，因此，如果能夠及時(shí)的發(fā)下設(shè)備的缺陷，將對電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。