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王?璐?毛?峰

（國網(wǎng)河南省電力公司超高壓公司，河南鄭州  450000）

 

摘?要：高電壓設備是電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其安全運行直接關系到整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。絕緣老化是高電壓設備中常見的問題之一，會嚴重影響設備的性能和壽命。本文對高電壓設備絕緣老化的原因進行分析，并探討了狀態(tài)檢修技術在絕緣老化檢測中的應用，以期為相關行業(yè)提供理論和實踐參考。

關鍵詞：高電壓設備；絕緣老化；狀態(tài)檢修技術

中圖分類號：TP3；TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2024）13-0011-03

 

0引言

高電壓設備在電力系統(tǒng)中扮演著重要角色，其安全運行是電力系統(tǒng)可靠性的重要保障。然而，高電壓設備中的絕緣材料在長期使用過程中會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導致絕緣性能下降，甚至發(fā)生故障。因此，探究高電壓設備絕緣老化的原因及其狀態(tài)檢修技術具有重要意義。

1高電壓設備絕緣老化及狀態(tài)監(jiān)測的重要性

高電壓設備的絕緣老化及其狀態(tài)監(jiān)測對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關重要。絕緣老化會降低絕緣性能，增加故障風險，可能導致設備損壞、火災甚至爆炸，威脅公眾人身和財產(chǎn)安全。絕緣老化還會增加維修成本和停機時間，影響生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。此外，絕緣老化會縮短設備壽命，增加更換頻率和成本，影響電力系統(tǒng)的長期運行。因此，研究絕緣老化及其狀態(tài)監(jiān)測對于預防和延緩老化進程，提高設備可靠性和安全性，降低維修成本，延長使用壽命，以及提升電力系統(tǒng)經(jīng)濟效益具有重要意義。

2高電壓設備絕緣老化的原因

高電壓設備絕緣老化是指絕緣材料在電、熱、化學、機械等多種因素的長期作用下，其性能逐漸下降的過程。絕緣老化會導致絕緣材料的介電常數(shù)、介電損耗、擊穿電壓等參數(shù)發(fā)生變化，從而影響高電壓設備的性能和壽命。高電壓設備絕緣老化的原因主要有以下幾個方面。

2.1 電老化

在持續(xù)的電場作用下，絕緣材料會出現(xiàn)性能退化的現(xiàn)象，即電老化。這一過程的特點是電場能量導致材料內(nèi)部的分子鏈逐漸斷裂，結(jié)果是材料的交聯(lián)結(jié)構(gòu)變得松散。隨著電老化的進行，絕緣材料會逐漸喪失其初始的絕緣特性，具體表現(xiàn)為介電強度的降低和漏電電流的上升。電老化的顯著特征是材料微觀結(jié)構(gòu)的長期電場影響，從而對高電壓設備的持續(xù)穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅^[1]。

2.2 熱老化

當絕緣材料長期處于高溫環(huán)境中，其性能將經(jīng)歷熱老化過程。熱老化的主要特點是高溫導致的分子鏈斷裂和交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞，使材料趨向硬化和脆化。熱老化現(xiàn)象的具體表現(xiàn)包括絕緣材料的機械強度和絕緣性能下降，例如耐熱性減弱和熱導率提高。這些變化對高電壓設備在高溫環(huán)境中的安全運行構(gòu)成了直接的風險^[2]。

2.3 化學老化

化學老化發(fā)生在絕緣材料長期接觸化學物質(zhì)的情況下，其性能隨之退化。這一現(xiàn)象的特點是化學物質(zhì)與材料相互作用，造成分子鏈斷裂和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的損壞。化學老化的特征體現(xiàn)在材料表面可能出現(xiàn)腐蝕、斑點或顏色變化，以及絕緣性能的顯著降低，如介電常數(shù)和電阻率的改變。這些影響會削弱高電壓設備的可靠性和使用壽命。

2.4 機械老化

在長期受到機械應力的影響下，絕緣材料會經(jīng)歷機械老化。機械老化的特點是振動、沖擊和拉伸等機械應力導致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損、分子鏈斷裂、交聯(lián)密度減少。機械老化的直接后果是材料的物理性能下降，包括彈性模量和抗拉強度的減少，以及絕緣性能的衰退。這些變化對于高電壓設備在復雜工作條件下的安全運行產(chǎn)生了不利影響^[3]。

3狀態(tài)檢修技術在絕緣老化檢測中的應用

狀態(tài)檢修技術是一種基于設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的維護技術。狀態(tài)檢修技術通過對設備的實時監(jiān)測和故障診斷，可以及時發(fā)現(xiàn)設備的故障和安全隱患，提高設備的可靠性和安全性。狀態(tài)檢修技術在高電壓設備絕緣老化檢測中具有廣泛的應用前景，可以有效地檢測絕緣材料的老化程度和性能變化。狀態(tài)檢修技術在絕緣老化檢測中的應用主要包括以下幾個方面。

3.1 局部放電檢測

局部放電是絕緣材料老化過程中的一種常見現(xiàn)象。它通常發(fā)生在絕緣材料的缺陷處，如氣泡、裂紋或雜質(zhì)等。局部放電會產(chǎn)生高電場，導致絕緣材料進一步損壞，加速老化過程。因此，對局部放電進行檢測是評估絕緣材料老化程度和性能變化的重要手段。局部放電檢測技術主要包括超聲波檢測、高頻檢測和脈沖電流檢測等。這些技術可以有效地檢測局部放電活動，幫助維護人員及時了解絕緣材料的狀態(tài)，預防潛在故障。超聲波檢測是一種非侵入性方法，通過檢測局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來判斷絕緣材料的狀態(tài)。超聲波檢測具有較高的靈敏度，可以定位局部放電的位置，并評估其嚴重程度。通過分析超聲波信號的強度、頻率和模式等特征，可以獲取局部放電活動的詳細信息。高頻檢測是利用高頻電磁波檢測局部放電活動的方法。高頻檢測可以檢測到局部放電產(chǎn)生的電磁波信號，通過分析信號的幅值、相位和頻譜等特征，可以評估局部放電的強度和位置。高頻檢測具有較高的靈敏度和分辨率，適用于檢測絕緣材料中的微小缺陷。脈沖電流檢測是一種基于脈沖電流原理的局部放電檢測方法^[4]。脈沖電流檢測通過向絕緣系統(tǒng)注入脈沖電流，檢測局部放電產(chǎn)生的脈沖電流信號。通過分析脈沖電流信號的幅值、時間和波形等特征，可以評估局部放電的強度和位置。脈沖電流檢測具有較高的準確性和可靠性，適用于各種類型的絕緣材料。

3.2 絕緣電阻測試

絕緣電阻測試是一種常用的絕緣老化檢測方法，通過測量絕緣材料的電阻值來評估其老化程度和性能變化。絕緣電阻測試技術主要包括絕緣電阻測試儀和絕緣電阻測試系統(tǒng)等，這些技術可以有效地檢測絕緣材料的絕緣性能，幫助維護人員及時了解絕緣材料的狀態(tài)，預防潛在的故障。絕緣電阻測試的原理是基于歐姆定律，通過向絕緣材料施加一定的電壓，測量流過絕緣材料的漏電流，從而計算出絕緣電阻值。絕緣電阻值是衡量絕緣材料性能的重要指標，其值越大，說明絕緣材料的絕緣性能越好；反之，則說明絕緣材料的絕緣性能較差。絕緣電阻測試儀是一種專門用于測量絕緣電阻的儀器，它可以提供穩(wěn)定準確的測試結(jié)果。絕緣電阻測試儀通常具有高電壓源和精密的測量電路，能夠滿足不同測試場合的需求。通過絕緣電阻測試儀，可以快速、方便地測量絕緣材料的電阻值，評估其老化程度和性能變化。絕緣電阻測試系統(tǒng)則是一種更為復雜的測試設備，通常由高壓電源、測量單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元等組成。絕緣電阻測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)對多個絕緣樣品的同時測試，提高測試效率和準確性。此外，絕緣電阻測試系統(tǒng)還可以與計算機控制系統(tǒng)配合使用，實現(xiàn)自動化測試和數(shù)據(jù)管理，為絕緣材料的檢測和研究提供更加便捷和高效的手段^[5]。在進行絕緣電阻測試時，需要注意測試條件的選擇，如測試電壓、測試時間和環(huán)境溫度等。測試電壓的選擇應適當，既要能夠激發(fā)出絕緣材料中的缺陷，又不能過高以致?lián)p壞絕緣材料。測試時間的選擇應足夠長，以保證測試結(jié)果的準確性。環(huán)境溫度對絕緣電阻測試結(jié)果有較大影響，因此，測試前應確保絕緣材料處于穩(wěn)定的溫度狀態(tài)。

3.3 介電損耗測試

介電損耗測試是一種通過測量絕緣材料在電場作用下的能量損耗來評估其老化程度和性能變化的方法。介電損耗測試技術主要包括介電損耗測試儀和介電損耗測試系統(tǒng)，這些技術可以有效檢測絕緣材料的介電性能，幫助維護人員及時了解絕緣材料的狀態(tài)，預防潛在故障。介電損耗是指絕緣材料在交變電場作用下，由于分子取向、離子遷移和電子移動等引起的能量損耗。介電損耗會導致絕緣材料發(fā)熱，降低其絕緣性能。因此，介電損耗測試是評估絕緣材料老化程度和性能變化的重要手段^[6]。介電損耗測試的原理是基于交流電橋法或諧振法，通過向絕緣材料施加一定頻率和電壓的交流電場，測量流過絕緣材料的電流和電壓，從而計算出介電損耗角正切值。介電損耗角正切值是衡量絕緣材料性能的重要指標，其值越小，說明絕緣材料的介電性能越好；反之，則說明絕緣材料的介電性能較差。介電損耗測試儀是一種專門用于測量介電損耗的儀器，它可以提供穩(wěn)定準確的測試結(jié)果。介電損耗測試儀通常具有高精度和高穩(wěn)定度的測量電路，能夠滿足不同測試場合的需求。通過介電損耗測試儀，可以快速、方便地測量絕緣材料的介電損耗角正切值，評估其老化程度和性能變化。介電損耗測試系統(tǒng)則是一種更為復雜的測試設備，它通常由信號源、測量單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元等組成。介電損耗測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)對多個絕緣樣品的同時測試，提高測試效率和準確性。此外，介電損耗測試系統(tǒng)還可以與計算機控制系統(tǒng)配合使用，實現(xiàn)自動化測試和數(shù)據(jù)管理，為絕緣材料的檢測和研究提供更加便捷和高效的手段。在進行介電損耗測試時，需要注意測試條件的選擇，如測試頻率、測試電壓和環(huán)境溫度等。測試頻率的選擇應適當，既要能夠激發(fā)出絕緣材料中的缺陷，又不能過高以致產(chǎn)生其他影響因素^[7]。測試電壓的選擇應適當，以保證測試結(jié)果的準確性。環(huán)境溫度對介電損耗測試結(jié)果有較大影響，因此，測試前應確保絕緣材料處于穩(wěn)定的溫度狀態(tài)。

4結(jié)語

高電壓設備絕緣老化是影響設備性能和壽命的重要因素，狀態(tài)檢修技術在絕緣老化檢測中具有廣泛的應用前景。通過對高電壓設備絕緣老化的原因進行分析，可以采取相應的措施來預防和延緩絕緣老化，提高高電壓設備的可靠性和安全性。

 

參考文獻

[1] 陳定科,溫慶亮,李鑫.高電壓設備絕緣老化及其狀態(tài)維修探究[J].中國新技術新產(chǎn)品, 2022(22):11-13.

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[6] 李洪亮.高電壓設備絕緣老化及狀態(tài)檢修技術[J].2021: 31-33.

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作者簡介：王璐（1984—），男，河南南陽人，研究方向：電氣工程及其自動化，高電壓絕緣。

 

Exploring Insulation Aging and Condition Based Maintenance Techniques for High-voltage Equipment

WANG Lu,MAO Feng

(State Grid Henan Electric Power Company Ultra High Voltage Company, Zhengzhou  Henan  450000)

Abstract:High-voltage equipment is an indispensable part of the power system, and its safe operation directly affects the stability and reliability of the entire power system. Insulation aging is one of the common problems in high-voltage equipment, which can seriously affect the performance and lifespan of the equipment. This article analyzes the causes of insulation aging in high-voltage equipment and explores the application of condition based maintenance technology in insulation aging detection.

Key words:high-voltage equipment;insulation aging;condition based maintenance technology