趙海龍，許雪冬，黃廷城，郭力

（1.海南電網有限責任公司電力科學研究院，?？?570311； 2.熱帶智能電網實驗室，?？?570311；3.中國電器科學研究院股份有限公司，廣州 510663）

引言

電力設備是保障電能安全穩(wěn)定傳輸的重要元器件。運行環(huán)境對電力設備工作狀態(tài)及服役壽命有較大影響，如高溫、高輻照環(huán)境會加速配電自動化終端材料及導線絕緣層老化[1]，熱帶海島高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境會加劇設備材料腐蝕[2]。為了保障特殊環(huán)境地區(qū)電力能源的穩(wěn)定供應，提高電力設備的環(huán)境耐久性和服役壽命，有必要對當前電力設備氣候環(huán)境試驗標準進行研究分析。

本文收集了我國23家電力設備質量監(jiān)督檢驗中心和實驗室的CNAS認證標準，對其中涉及電力設備環(huán)境試驗的347份標準進行綜合分析。標準共涉及249類電力設備檢測對象，以及7類氣候環(huán)境試驗，包括高溫試驗、交變溫熱試驗、恒定溫熱試驗、溫度變化試驗、鹽霧試驗、太陽輻射試驗、霉菌試驗等。分析結果表明，當前電力設備標準僅提出最基本的通過性環(huán)境技術要求，尚缺乏電力設備環(huán)境耐久性相關技術標準，無法為我國電力行業(yè)提供產品長效服役性能方面的技術指導。有必要針對熱帶海島特殊服役環(huán)境，研究制定電力設備特殊環(huán)境試驗方法、環(huán)境耐久性評價方法等相關標準，保障電力裝備在惡劣環(huán)境條件下的長期可靠運行。

1 氣候環(huán)境試驗檢測對象

為對電力設備氣候環(huán)境試驗標準進行分析，本文首先收集了國家高壓電器質量監(jiān)督檢驗中心、國家智能電網輸配電設備質量監(jiān)督檢驗中心等23家電力設備質量監(jiān)督檢驗中心和實驗室的CNAS認證標準，其中涉及電力設備環(huán)境試驗的國際、國家、行業(yè)標準共347份。

標準共涉及249類電力設備檢測對象，本文將其劃分為變壓器、導線、智能化成套開關設備、絕緣子和避雷器、電力金具、二次智能設備6類，如表1所示。

2 試驗方法分析

上述電力設備環(huán)境試驗標準設計的氣候環(huán)境試驗主要可劃分為7類：高溫試驗、交變溫熱試驗、恒定溫熱試驗、溫度變化試驗、鹽霧試驗、太陽輻射試驗、霉菌試驗等。

2.1 高溫試驗

試驗目的：驗證試樣在高溫條件下的適應性。

依據標準：按GB/T 2423.2-2008的規(guī)定進行。

嚴酷等級：部分電力設備高溫試驗嚴酷等級見表2。

高溫是影響密封橡膠材料老化的重要因素[3]，熱帶海島高溫環(huán)境下密封橡膠老化容易導致電力設備發(fā)生油氣滲漏等缺陷，進而危害設備安全穩(wěn)定運行。因此，有必要進一步完善電力設備高溫試驗的檢測對象，提高特殊環(huán)境下高溫試驗的針對性。

2.2 交變濕熱試驗

試驗目的：驗證試樣在高濕度與溫度循環(huán)變化組合且通常在試樣表面產生凝露條件下的適應性。

依據標準：按GB/T 2423.4-2008中的規(guī)定進行。

嚴酷等級：部分電力設備交變濕熱試驗嚴酷等級見表3。

電力設備凝露的形成機理復雜，不僅與溫濕度相關，還與鹽霧、霉菌作用有關[4]，當前的試驗和評估標準單一，與設備實際運行環(huán)境存在明顯差異。

2.3 恒定濕熱試驗

試驗目的：驗證試樣在潮濕環(huán)境下的適應性。

依據標準：按GB/T 2423.3-2015中的規(guī)定進行。

嚴酷等級：部分電力設備恒定濕熱試驗嚴酷等級見表4。

表1 電力設備分類及其涉及標準數量

表2 部分電力設備高溫試驗嚴酷等級

電力設備潮濕環(huán)境下的適應性應充分結合特殊環(huán)境（如熱帶海島環(huán)境）因素進行綜合模擬試驗。

2.4 溫度變化試驗

試驗目的：驗證試樣耐受環(huán)境溫度快速變化的能力。

依據標準：按GB/T 2423.22-2012中Na或Nb的規(guī)定進行。

試驗過程：部分電力設備溫度變化試驗嚴酷等級見表5。

電力設備的環(huán)境耐受性不僅與溫度變化有關，還與太陽輻照、鹽霧等因素密切相關，有必要在試驗過程中綜合考慮。

2.5 鹽霧試驗

試驗目的：考核試樣的防腐蝕性能。

依據標準：對暴露于空氣中的金屬電鍍件和化學處理件按GB/T 2423.17-2008規(guī)定進行。

表3 交變濕熱試驗嚴酷等級

表4 恒定濕熱試驗嚴酷等級

表5 溫度變化試驗嚴酷等級

試驗過程：部分電力設備鹽霧試驗嚴酷等級見表6。

熱帶海島鹽霧中的氯離子會腐蝕破壞高低壓電力設備的金屬部分，導致機械部件、操作機構卡澀、失靈。當前針對戶外關鍵電力設備金屬材料、涂層等防護材料的研究尚未完善[5]，有必要結合鹽霧試驗明確電工材料的防護水平。

2.6 太陽輻射試驗

試驗目的：考核試樣受太陽輻射影響的程度。

依據標準：按GB/T 2423.24-2013的規(guī)定進行。

試驗過程：部分電力設備太陽輻射試驗嚴酷等級見表7。

熱帶海島環(huán)境下的高太陽輻照會引起設備防護涂層失去光澤、變色、粉化、開裂、脫落等，最終導致涂層下的金屬發(fā)生老化，嚴重時會造成設備結構破壞。戶外關鍵電力設備種類多、范圍廣，太陽輻射試驗的檢測對象亟待完善。

2.7 霉菌試驗

試驗目的：用于確定試樣上長霉對試樣特性的影響程度。

依據標準：按GB/T 2423.16-2008的規(guī)定進行。

試驗過程：部分電力設備霉菌試驗嚴酷等級見表8。

霉菌的生長也與濕度、輻照度等環(huán)境因素相關，進而導致設備老化。

除上述通用的環(huán)境試驗外，一些特殊材料或部件需要進行特定的環(huán)境試驗。如避雷器需進行二氧化硫試驗及密封泄露試驗，全介質自承式光纜、高壓線路用復合絕緣子以及耐架空導線用纖維增強樹脂復合材料芯棒需進行抗紫外線試驗，耐腐蝕鋼制電纜橋架需進行紫外冷凝試驗，聚電纜和光纜絕緣和護套材料需進行空氣彈老化和氧彈老化試驗。

3 試驗標準綜合分析

經過對347份電力設備環(huán)境試驗相關的標準進行綜合分析，當前電力設備熱帶海島氣候環(huán)境試驗相關標準尚存在一些問題，包括：

1）現行電力設備標準的環(huán)境試驗大部分僅針對單一環(huán)境。腐蝕、老化等現象是溫度、濕度、鹽霧和太陽輻照等多環(huán)境因素綜合作用的結果，單一環(huán)境試驗無法表征各環(huán)境因素之間的相互作用，需要多環(huán)境因素綜合試驗方法來更好地模擬特殊環(huán)境。

2）現行電力設備標準的環(huán)境試驗多為通過性環(huán)境試驗，缺乏環(huán)境耐久性技術要求。目前的電力設備環(huán)境技術要求主要是確保產品能夠在惡劣環(huán)境投入使用，但電力設備投入使用后其服役壽命一般要求達到20年以上。電力產品長期在惡劣環(huán)境下服役的環(huán)境耐久性顯得尤為重要，然而國內外尚缺少電力設備環(huán)境耐久性相關技術標準，從而無法對電力設備行業(yè)提供產品長效服役性能方面的技術指導，也難于確保電力設備在惡劣環(huán)境條件下的長期、可靠運行。

3）部分檢測對象的試驗種類不全，例如缺乏針對熱帶海島環(huán)境下的智能電網設備鹽霧交變試驗要求，柱上智能終端、計量裝置、桿塔金具等戶外設備材料的溫度變化、紫外線老化、耐腐蝕氣體等試驗要求，變電站、線路監(jiān)測裝置的交變濕熱、溫度變化、鹽霧腐蝕等試驗要求，對部分電網重要設備及關鍵材料部件的耐腐蝕性能無法提出準確的評價指標和完善措施，難以驗證智能電網設備和材料的環(huán)境適應性能力。

表6 鹽霧試驗嚴酷等級

表7 太陽輻射試驗嚴酷等級

表8 霉菌試驗嚴酷等級

4）檢測對象不齊，現行標準缺乏對電網智能終端、智能電表、計量裝置、智能巡檢設備、工業(yè)監(jiān)測設備、桿塔鋼結構等電網設備和相關材料的相關檢測標準。雖然國內外對材料的老化機理和力學性能已有不少研究，但缺乏智能電網設備中的金屬材料、絕緣材料、密封材料和主要部件在特殊氣候條件下與運行工況、密封介質反應的相關研究。針對智能電網設備和不同材料開展特殊環(huán)境下長期帶電戶外實證試驗，對于推進相關標準體系制訂工作和驗證、提高產品可靠性意義重大。

4 結論與建議

1）當前電力設備氣候環(huán)境試驗大多為單一環(huán)境因素試驗，難以有效檢驗電力設備在熱帶海島環(huán)境下的耐受性。熱帶海島地處高溫、高濕、高輻照、高鹽霧的濕熱海洋環(huán)境地區(qū)，不同環(huán)境因素可能發(fā)生相互作用，急需通過大量實證試驗來研究和驗證各種環(huán)境因素的相互作用關系，從而提出綜合環(huán)境試驗方法來更真實有效地模擬熱帶海島特殊環(huán)境條件。

2）目前電力設備標準中提出的環(huán)境技術要求都是最基本的通過性環(huán)境技術要求。而電力設備的服役壽命要求高，設備在特殊惡劣環(huán)境下的耐久性尤為重要。有必要研究電力裝備特殊環(huán)境耐久性的試驗方法和技術要求，為我國電力行業(yè)提供設備長效服役性能的技術指導，填補電力設備熱帶海島特殊環(huán)境耐久性技術標準的空白。