陳偉

(四川省電力公司南充電業(yè)局，四川 南充，637100)

1.概述

目前電力設(shè)備運(yùn)行事故中很大一部分是絕緣故障，因此，絕緣檢測(cè)是電力設(shè)備檢測(cè)中最重要的方面。絕緣檢測(cè)的方法分為在線監(jiān)測(cè)和離線試驗(yàn)。在線絕緣監(jiān)測(cè)需要對(duì)設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)積累，且需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定程度的變動(dòng)。離線檢測(cè)只要在停電的情況下就能進(jìn)行，我國(guó)目前主要靠離線試驗(yàn)來進(jìn)行絕緣檢測(cè)。因此，為了確保高電壓設(shè)備能長(zhǎng)期、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)設(shè)備按設(shè)計(jì)的規(guī)格進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，絕緣試驗(yàn)則是其中必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目，可分為3種情況

1.1 對(duì)于高壓電氣設(shè)備的制造廠,必須對(duì)所有原材料、產(chǎn)品定型以及出廠進(jìn)行試驗(yàn)。其目的是檢驗(yàn)新的高壓電氣設(shè)備是否符合有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,嚴(yán)禁不合格的高壓設(shè)備出廠；

1.2 對(duì)于大修后的設(shè)備進(jìn)行絕緣試驗(yàn),其目的是判定設(shè)備在維修、運(yùn)輸過程中是否出現(xiàn)絕緣損傷或性能變化,以及大修后修理部位的質(zhì)量是否符合原標(biāo)準(zhǔn)；

1.3 對(duì)于正在運(yùn)行中的電氣設(shè)備,則定期進(jìn)行例行的預(yù)防性試驗(yàn),電力設(shè)備以及電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最重要的是耐壓試驗(yàn),由于電纜線路等被試品的等效電容很大,常規(guī)耐壓設(shè)備無法滿足其試驗(yàn)容量要求,這也是國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的一個(gè)共同難題,傳統(tǒng)的一些方法有些是有效的,但也存在一些問題,比如電纜試驗(yàn)時(shí)加直流高壓的方法實(shí)踐證明對(duì)油紙絕緣的電纜是合適的,但對(duì)高電壓等級(jí)的橡塑絕緣電纜是低效而且有害的。

2.絕緣試驗(yàn)的方法研究

電力電纜、GIS和大型電機(jī)等是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備,由于其具有較大的電容量,如用50Hz工頻電壓對(duì)它們的主絕緣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),則需要很大容量的試驗(yàn)變壓器和低壓試驗(yàn)電源,這使得現(xiàn)場(chǎng)工頻試驗(yàn)非常困難,于是,人們不得不研究用其它的試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。目前,用于現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)系統(tǒng)有工頻交流試驗(yàn)系統(tǒng)、直流試驗(yàn)系統(tǒng)、超低頻試驗(yàn)系統(tǒng)和振蕩電壓試驗(yàn)系統(tǒng)。

2.1.工頻交流試驗(yàn)系統(tǒng)

用于工頻交流高電壓試驗(yàn)的裝置主要由電源控制器、調(diào)壓器、升壓變壓器、保護(hù)球隙等組成。其中,調(diào)壓器主要用來調(diào)節(jié)工頻試驗(yàn)電壓的大小和升降速度,試驗(yàn)變壓器用來升高電壓供給被試品所需的高電壓,球隙測(cè)壓器用來測(cè)量高電壓或保護(hù)被試品免受過電壓。

此類裝置在工頻試驗(yàn)中有著重要的作用,但它也存在一些缺點(diǎn),如對(duì)于某些被試品大容量、高電壓的要求,調(diào)壓器、升壓變壓器的容量也要相應(yīng)的增大,這就使這些儀器非常笨重,且所占面積較大,不便運(yùn)輸,因此對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試就顯得尤為不便。

2.2.直流耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)

早期的直流高壓發(fā)生器一般采用工頻高壓經(jīng)高壓硅堆整流而獲得直流高壓。這種方式因設(shè)備體積大、穩(wěn)定度差、紋波系數(shù)高而早已不被采用?，F(xiàn)在只見于少數(shù)實(shí)驗(yàn)室自制、精度要求不高的場(chǎng)合。在工頻整流技術(shù)的基礎(chǔ)上,發(fā)展了工頻倍壓整流高壓發(fā)生器。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,過載能力強(qiáng),故障率低,但由于是工頻倍壓,一般無閉環(huán)反饋,因而高壓穩(wěn)定度差,且繼電器控制回路的保護(hù)動(dòng)作較慢。

2.3.0.1HZ超低頻交流耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)

由于直流耐壓存在與交流耐壓等效性問題,考慮到有些被試品的電容量很大,工頻試驗(yàn)時(shí)所需試驗(yàn)變壓器的容量也就很大,這導(dǎo)致了試驗(yàn)設(shè)備笨重,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用不方便。于是提出采用0.1HZ超低頻試驗(yàn)裝置,從理論上講,由于容性電流隨著試驗(yàn)電壓的頻率的降低成正比的減小,因此,0.1Hz超低頻試驗(yàn)電源的容量?jī)H為工頻時(shí)的1/50。這就使試驗(yàn)電源的重量大大減輕,非常適用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

超低頻(0.1Hz)耐壓試驗(yàn)仍是交流試驗(yàn),推薦用于中壓XLPE絕緣電力電纜試驗(yàn)。一方面該試驗(yàn)不會(huì)在電纜XLPE絕緣中聚集空間電荷,畸變局部電場(chǎng)。另一方而,該試驗(yàn)?zāi)軌蛟谳^低的試驗(yàn)電壓中發(fā)現(xiàn)電纜絕緣水樹枝老化等缺陷,故其對(duì)XLPE絕緣的損害程度較小。

2.4.高頻震蕩波(OSI)試驗(yàn)

高頻震蕩波耐壓試驗(yàn)方法是1990年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議第21.09.1工作組推薦的適用于高壓聚合物絕緣電力電纜敷設(shè)后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的新方法,也適用于定期預(yù)防性試驗(yàn)。目前,此方法主要用于110kV及以上的高壓電纜。高頻震蕩波耐壓試驗(yàn)方法原理為:通過直流高壓發(fā)生器對(duì)充電電容C1進(jìn)行充電,達(dá)到預(yù)定幅值時(shí)使球隙放電,對(duì)被試品進(jìn)行充電,達(dá)到預(yù)定幅值時(shí)球隙停止放電,此時(shí),試品上的試驗(yàn)電壓通過電感線圈、被試品電纜(Cx),電阻Rl,R2形成振蕩放電回路,從而在試品上得到的電壓是一個(gè)kHz數(shù)量級(jí)的衰減振蕩波電壓。利用高頻振蕩波作為電纜敷設(shè)后的交接試驗(yàn)或預(yù)防性試驗(yàn),其具有的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

2.4.1.優(yōu)點(diǎn)

(1)這種方法在現(xiàn)場(chǎng)比較容易地在試品上得到所需的高電壓；(2)所需現(xiàn)場(chǎng)電源容量較小:(3)振蕩波試驗(yàn)方法對(duì)于機(jī)械損傷和水樹類型絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)效果較好。

2.4.2.缺點(diǎn)

(1)這種裝置需要高壓電抗器、高壓電容和球隙點(diǎn)火控制裝置,從而導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)使用比較不方便；(2)高頻振蕩波試驗(yàn)方法效率不高,對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中較長(zhǎng)電纜線路上高頻電壓波的衰減問題很難解決,即經(jīng)長(zhǎng)距離傳播后電壓波的幅值難以保持；(3)高頻振蕩波試驗(yàn)與工頻試驗(yàn)的等效性還需進(jìn)一步研究解決。

3.高壓試驗(yàn)安全設(shè)計(jì)方法

高壓試驗(yàn)對(duì)安全設(shè)計(jì)具有特殊要求，安全設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到高壓試驗(yàn)的測(cè)量準(zhǔn)確度和工作人員的安全，因此高壓試驗(yàn)的安全設(shè)計(jì)非常必要。通常高壓試驗(yàn)的安全設(shè)計(jì)應(yīng)從接地、防止感應(yīng)電壓和放電反擊、安全距離和絕緣隔離等方面考慮。

3.1.可靠的接地

高壓試驗(yàn)必須有良好的接地系統(tǒng)，接地電阻≤0.5Ω，以保證高壓試驗(yàn)測(cè)量準(zhǔn)確度和人身安全。在具有良好的接地系統(tǒng)條件下，整個(gè)六面屏蔽體試驗(yàn)室視作一個(gè)等電位體。應(yīng)接地的高壓試驗(yàn)設(shè)備和試品外殼必須良好接地，試驗(yàn)設(shè)備的接地點(diǎn)與被試驗(yàn)設(shè)備的接地點(diǎn)之間應(yīng)有可靠的金屬性連接。試驗(yàn)室內(nèi)所有的金屬架構(gòu)、固定的金屬安全屏蔽遮欄、采暖水管、工藝循環(huán)水管等均須與屏蔽接地網(wǎng)牢固連接，接地點(diǎn)應(yīng)有明顯可見標(biāo)志。

高壓試驗(yàn)設(shè)備、試品和動(dòng)力配電裝置所用的攜帶型接地線應(yīng)用多股編織裸銅線或外覆透明絕緣層銅質(zhì)軟絞線或銅帶制成。攜帶型接地線應(yīng)用專用的線夾固定在導(dǎo)體上，接地線與接地體的連接應(yīng)用螺栓連接在固定的接地點(diǎn)上。接地線應(yīng)盡可能短，嚴(yán)禁用纏繞法進(jìn)行接地。在貫通試驗(yàn)室的一次電纜溝中設(shè)置50mm×5mm扁鋼接地排和臨時(shí)接地栓，以供高壓試驗(yàn)設(shè)備、試品和動(dòng)力配電裝置所用的攜帶型接地線就近連接，接地排與屏蔽底板網(wǎng)可靠多點(diǎn)電氣連接。高壓試驗(yàn)設(shè)備和試品上所用的接地線，其截面應(yīng)能滿足試驗(yàn)要求，但不得小于4mm2。動(dòng)力配電裝置上所用的攜帶型接地線，其截面不得小于25mm2。當(dāng)高壓試驗(yàn)的六面屏蔽法拉第籠兼作防雷接閃和引下線時(shí)，六面屏蔽法拉第籠應(yīng)與建筑物基礎(chǔ)絕緣，由于在試驗(yàn)時(shí)六面屏蔽體采用一點(diǎn)接地形式，而高壓試驗(yàn)的建筑防雷是利用多點(diǎn)接地井與接地系統(tǒng)連接，因此在試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將各接地井的接地刀閘合上，使六面屏蔽法拉第籠處于多點(diǎn)接地狀態(tài)，以滿足防雷接地的要求。

3.2.防止感應(yīng)電壓和放電反擊的措施

進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備鄰近的其他儀器設(shè)備應(yīng)采用防止感應(yīng)電壓的措施，將鄰近的其他儀器設(shè)備短接并可靠接地。在電容器室設(shè)置專用的短路接地井與接地系統(tǒng)連接，試驗(yàn)室閑置的電容設(shè)備應(yīng)短路接地。

為防止高壓試驗(yàn)時(shí)電磁場(chǎng)影響和地電位升高引起反擊，試驗(yàn)室應(yīng)有相應(yīng)安全技術(shù)措施。由于試驗(yàn)室是一個(gè)封閉的六面屏蔽體，在試驗(yàn)室內(nèi)可以方便地做到等電位聯(lián)結(jié)。但在試驗(yàn)放電的瞬間，六面屏蔽體與建筑周邊會(huì)因局部地電位升高而產(chǎn)生電位梯度，因此進(jìn)入試驗(yàn)室的高壓電纜應(yīng)加金屬管保護(hù)埋地敷設(shè)，金屬保護(hù)管的長(zhǎng)度不小于15m，每隔5m與接地極連接。處于六面屏蔽法拉第籠周邊及人員出入口應(yīng)采取均壓或絕緣等減小跨步電壓的措施，接地網(wǎng)均壓環(huán)的外緣應(yīng)閉合，外緣角做成圓弧形；圓弧的半徑不宜小于均壓帶間距的1/2，經(jīng)常有人出入處鋪設(shè)瀝青路面或在地下裝設(shè)兩條與接地網(wǎng)相連的"帽檐式"均壓帶。同時(shí)對(duì)重要的儀器和弱電設(shè)備應(yīng)裝設(shè)防止放電反擊和感應(yīng)電壓的保護(hù)裝置。

3.3.安全距離與絕緣隔離

在高壓試驗(yàn)區(qū)周圍應(yīng)設(shè)置遮欄，遮欄的網(wǎng)孔直徑不大于50mm（IP10），其高度不低于2m，并可靠接地。在遮欄上懸掛適當(dāng)數(shù)量的"止步高壓危險(xiǎn)"標(biāo)示牌。試驗(yàn)中的高壓引線及試驗(yàn)設(shè)備帶電部分至遮欄的距離必須大于表1和表2中所列的數(shù)值。

表1 交流和直流試驗(yàn)安全距離

表2 沖擊試驗(yàn)（峰值）安全距離

結(jié)語

總之，電力設(shè)備的高壓試驗(yàn)是一項(xiàng)高技術(shù)復(fù)雜工程，它涉及的方面較廣，只有實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的科學(xué)管理，才能保證高壓試驗(yàn)的順利實(shí)施。對(duì)于高壓試驗(yàn)的安全設(shè)計(jì)應(yīng)從以下方面考慮：可靠的接地；防止感應(yīng)電壓和放電反擊的措施；保證安全距離和絕緣隔離等。

[1]黎瑞明,王麗昉.電力設(shè)備的高壓試驗(yàn)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008