招嘉橋

（廣東創(chuàng)輝電力工程有限公司，廣東 佛山 528000）

1 概述

在電力設(shè)備的運(yùn)行中，絕緣故障占了很大比例，所以在電力設(shè)備的檢測(cè)中，絕緣的檢測(cè)是重中之重。絕緣試驗(yàn)分為兩種：①在線監(jiān)測(cè)；②離線試驗(yàn)。在線絕緣監(jiān)控中，必須收集絕緣狀態(tài)的資料，并對(duì)其進(jìn)行一定的分析。離線試驗(yàn)只需在斷電時(shí)即可完成，國內(nèi)的絕緣試驗(yàn)多以離線試驗(yàn)為主。因此，為保證高壓設(shè)備長期安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，絕緣試驗(yàn)是必不可少的，可以分成3 類[1]。

（1）所有原材料試驗(yàn)。高壓電氣生產(chǎn)廠家、所有原材料、產(chǎn)品定型和出廠前都要進(jìn)行試驗(yàn)。檢查新高壓電氣設(shè)備是否達(dá)到相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，嚴(yán)格控制高壓電氣產(chǎn)品出廠的質(zhì)量。

（2）設(shè)備大修后的絕緣試驗(yàn)。主要是判斷設(shè)備在維修過程中是否有絕緣損壞或性能改變，維修后部件的質(zhì)量是否與原標(biāo)準(zhǔn)相符。

（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)備以電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為例，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)的橡塑絕緣電纜是有害的[2]。

2 絕緣試驗(yàn)的方法研究

電力電纜、GIS、大功率電動(dòng)機(jī)等都是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，因其容量大，采用50Hz 工頻電壓進(jìn)行主絕緣的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，需要大量的試驗(yàn)變壓器和低壓試驗(yàn)電源，從而使現(xiàn)場(chǎng)工頻試驗(yàn)變得十分困難。因此，必須采用其他試驗(yàn)手段來進(jìn)行試驗(yàn)。目前，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的試驗(yàn)系統(tǒng)主要有工頻交流試驗(yàn)系統(tǒng)、直流試驗(yàn)系統(tǒng)、超低頻試驗(yàn)系統(tǒng)、振蕩電壓試驗(yàn)系統(tǒng)等。

2.1 工頻交流試驗(yàn)系統(tǒng)

工頻高壓試驗(yàn)設(shè)備由電源控制器、調(diào)壓器、升壓變壓器、保護(hù)球隙等構(gòu)成。其中，調(diào)壓器用于調(diào)整工頻試驗(yàn)電壓的幅度和上升速率，試驗(yàn)變壓器用于提供被試品所需要的高壓。這種設(shè)備在工頻試驗(yàn)中起到了很大的作用，但是也有其不足之處，比如需要大容量、高電壓的受試品，需要增加調(diào)壓器和升壓變壓器的容量，使得這種設(shè)備體積龐大，占地面積大，難以搬運(yùn)，給現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)帶來了極大的不便[3]。

2.2 直流耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)

早期的直流電壓發(fā)生器通常是利用工頻電壓通過高電壓的硅堆整流來實(shí)現(xiàn)直流電壓。由于設(shè)備體積大，穩(wěn)定性差，紋波系數(shù)大，長期以來一直不被人們所接受。目前只有少數(shù)試驗(yàn)室自制，在精度要求不高的情況下才能見到?；诠ゎl整流法，研制出一種工頻倍壓型高壓發(fā)電機(jī)。它具有線路簡單、過載能力大、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，但由于采用的是工頻倍壓，通常沒有閉環(huán)反饋，因此電壓穩(wěn)定程度不高，保護(hù)動(dòng)作遲緩。

2.3 0.1Hz 超低頻交流耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)

由于直流電壓和交流電壓的等值問題，在進(jìn)行工頻試驗(yàn)時(shí)，考慮到某些對(duì)象的電容較大，因而要求試驗(yàn)變壓器的體積較大，而造成難以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，就有了一種基于0.1Hz 的超低頻試驗(yàn)方法，其電容值與試驗(yàn)電壓的頻率呈正相關(guān)關(guān)系，其電容值只有工作頻率下的1/50。這種方法可以極大地減少試驗(yàn)電源的重量，很適合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

目前，超低電壓（0.1Hz）的電壓試驗(yàn)仍然是交流試驗(yàn)，建議在中壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的試驗(yàn)中使用。一方面，本試驗(yàn)不會(huì)使交聯(lián)聚乙烯絕緣體產(chǎn)生空間電荷，使局部電場(chǎng)發(fā)生畸變。另一方面，本試驗(yàn)可在低壓下檢測(cè)出電纜絕緣的老化等缺陷，從而降低了交聯(lián)聚乙烯電纜的絕緣損傷[4]。

2.4 高頻振蕩波（OSI）試驗(yàn)

高頻振蕩波耐壓試驗(yàn)法是1990 國際電網(wǎng)大會(huì)21.09.1 工作組建議采用的一種新的試驗(yàn)方法，用于高壓聚乙烯絕緣電力電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并可用于常規(guī)的預(yù)防性試驗(yàn)。目前，該技術(shù)主要應(yīng)用在110kV 及以上的高壓電纜上。該高頻振蕩波耐壓試驗(yàn)的基本原理是：由直流電容器對(duì)電容器C1 進(jìn)行充電，當(dāng)電荷達(dá)到一定幅度時(shí)，電容器就會(huì)放電，當(dāng)電流達(dá)到一定幅度時(shí)，電容器就會(huì)停止放電，這時(shí)，樣品上的試驗(yàn)電壓經(jīng)過電感線圈、被試驗(yàn)品電纜Cx、電阻器R1、R2構(gòu)成振蕩放電環(huán)路，由此，在樣品上獲得的電壓為約1kV 的衰減振蕩波電壓。采用高頻振蕩波作電纜鋪設(shè)后的交接性試驗(yàn)或預(yù)防性試驗(yàn)，其優(yōu)點(diǎn)和不足之處如下。

2.4.1 優(yōu)點(diǎn)

該方法更易于在樣品上獲得所需要的高壓，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)供電要求低。同時(shí)，振蕩波試驗(yàn)法能更好地檢測(cè)出水樹形絕緣缺陷和機(jī)械損傷。

2.4.2 缺點(diǎn)

該設(shè)備需要高壓電抗器、高壓電容等控制設(shè)備，這些設(shè)備體積較大，造成現(xiàn)場(chǎng)操作不便。此外，高頻振蕩波試驗(yàn)方法的有效性不高，在實(shí)際應(yīng)用中，在長電纜線路上很難解決高頻電壓波在長距離傳輸后幅度維持的問題。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)高頻振蕩波試驗(yàn)和工頻試驗(yàn)進(jìn)行比較。圖1 為耐壓試驗(yàn)儀，圖2 為直流高壓試驗(yàn)儀工作原理。

圖1 直流耐壓試驗(yàn)儀

圖2 直流高壓試驗(yàn)器工作原理

3 高壓試驗(yàn)安全設(shè)計(jì)方法

在高壓試驗(yàn)中，對(duì)安全設(shè)計(jì)有著特別的要求，其安全性設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響到試驗(yàn)結(jié)果的精確性和工作人員的人身安全。高壓試驗(yàn)安全設(shè)計(jì)一般應(yīng)從接地、防止感應(yīng)電壓、放電反擊和安全距離等3 個(gè)方面進(jìn)行。

3.1 接地設(shè)計(jì)

為了確保高壓試驗(yàn)的精確性和人身安全，高壓試驗(yàn)應(yīng)具有良好的接地系統(tǒng)，并具有小于0.5Ω 的接地電阻。在接地系統(tǒng)良好的情況下，六邊形屏蔽試驗(yàn)室內(nèi)被視為一等電位體。應(yīng)接地的高壓試驗(yàn)裝置及試件外殼應(yīng)接地，并與被試驗(yàn)裝置的接觸點(diǎn)進(jìn)行可靠的金屬連接。試驗(yàn)室的金屬結(jié)構(gòu)、金屬防護(hù)柵欄、采暖水管、工藝循環(huán)水管等都必須與屏蔽接地網(wǎng)緊密相連，并在接點(diǎn)上有顯著的標(biāo)識(shí)。高壓試驗(yàn)設(shè)備、試件及電力分配設(shè)備中使用的帶狀接地導(dǎo)線，采用多股編織裸銅絲或外層涂有透明絕緣層的銅軟絞或銅帶。采用特殊的導(dǎo)線夾具將移動(dòng)式接地線與導(dǎo)線相連接，接地線與接地體之間采用螺栓連接。接地線要盡量短，不能采用纏繞的方法進(jìn)行接地。將50mm 乘以5mm 的扁鋼接地線和臨時(shí)接地栓安置在貫穿試驗(yàn)室的主電纜溝槽內(nèi)，用于高壓試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)品和電力分配設(shè)備使用的帶式接地線，并將接地排與屏蔽基板網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)可靠的電氣連接。在高壓試驗(yàn)裝置及試件中使用的接地導(dǎo)線，其斷面應(yīng)符合試驗(yàn)要求，但不能少于4mm2。用于電力分配設(shè)備的承載式接地導(dǎo)線，其截面不能少于25mm2。在高壓試驗(yàn)中，六邊形法拉第籠兼做避雷器和引出器時(shí)，六邊形法拉第籠應(yīng)與建筑物的地基絕緣，因?yàn)榱吰帘握质且粋€(gè)小的接地，而在高電壓試驗(yàn)中，六邊形屏蔽罩是通過多個(gè)接地孔與接地系統(tǒng)相連，所以在試驗(yàn)完成后，六邊形法拉第籠應(yīng)在多點(diǎn)接地位置，以達(dá)到防雷接地的目的。

3.2 防止感應(yīng)電壓和放電反擊的措施

在進(jìn)行高電壓試驗(yàn)時(shí)，相鄰的其他儀表應(yīng)采取防止感應(yīng)電的措施，相鄰的其他儀表裝置應(yīng)短接，接地可靠。在電容器間安裝一套專門的短路接地孔，并將試驗(yàn)室內(nèi)的空閑電容裝置進(jìn)行短路。為了避免在高電壓試驗(yàn)中受到電磁場(chǎng)的影響和提高電動(dòng)勢(shì)而導(dǎo)致的反沖，試驗(yàn)室必須采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施。試驗(yàn)室內(nèi)采用六邊封閉式屏蔽體，便于在試驗(yàn)室中進(jìn)行等電位連接。但試驗(yàn)中放電時(shí)，由于六面屏蔽體與建筑物周圍的地電勢(shì)存在一定的電勢(shì)梯度，所以在進(jìn)入試驗(yàn)室的高壓電纜必須用金屬管進(jìn)行埋設(shè)，其長度不得少于15m，并以5m 的間隔與地電極相連接。在六邊形法拉第籠周圍及進(jìn)出人員時(shí)，應(yīng)采用均勻或隔離等方法，以減少跨步電壓，使接地網(wǎng)均壓環(huán)的外緣封閉，外邊緣形成圓弧。通常在人們進(jìn)出的地方鋪設(shè)瀝青路面，或在地面上安裝兩個(gè)“帽檐式”的接地網(wǎng)片。同時(shí)，對(duì)于重要的電氣、弱電設(shè)備，應(yīng)安裝防放電反擊及感應(yīng)電壓的防護(hù)措施。

3.3 安全距離與絕緣隔離

高壓試驗(yàn)場(chǎng)地四周要有柵欄，柵格的直徑不得超過50mm（IP10），高度不得小于2m，接地牢固。在圍欄上貼上“止步，高壓危險(xiǎn)”的標(biāo)志。試驗(yàn)中的高壓導(dǎo)線和試驗(yàn)裝置的帶電段到柵欄之間的間距都要有一定的安全距離。

4 電力設(shè)備高壓試驗(yàn)的安全管理措施

4.1 做好接地系統(tǒng)的安全管理

良好的接地系統(tǒng)能保障試驗(yàn)儀器及工作人員的人身安全；同時(shí)，試驗(yàn)室應(yīng)采用六面屏蔽式等電位器，其外殼、高壓試驗(yàn)裝置應(yīng)接地良好，并有可靠的連接檢驗(yàn)裝置和被試驗(yàn)儀器的接觸點(diǎn)。試驗(yàn)室的金屬結(jié)構(gòu)、采暖水管、安全屏蔽柵格等必須與屏蔽接地緊密相連，接地線的橫截面必須符合試驗(yàn)的要求，并在接點(diǎn)上有顯著的可見標(biāo)記。用于電力分配設(shè)備的接地導(dǎo)線應(yīng)超過25mm2。在高壓試驗(yàn)中，為了達(dá)到防雷的目的，應(yīng)將多個(gè)接地井與地面系統(tǒng)相連，在試驗(yàn)完成后，應(yīng)將接地刀閘閉合，以達(dá)到多點(diǎn)接地的目的。

4.2 做好試驗(yàn)的安全警示工作

在進(jìn)行高電壓試驗(yàn)時(shí)，必須對(duì)試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行安全警示，并將其設(shè)置在試驗(yàn)地點(diǎn)附近。其次，要有專門的人員來維持試驗(yàn)場(chǎng)地的秩序。所有的安全警告標(biāo)志都要貼上，既能給不相干的人一個(gè)良好的警示，保障他們的生命安全；同時(shí)也能有效的防止外部因素干擾各種試驗(yàn)的有序進(jìn)行。

4.3 做好高壓試驗(yàn)的相關(guān)準(zhǔn)備工作

隨著社會(huì)的發(fā)展，高壓試驗(yàn)的范圍不斷擴(kuò)大，試驗(yàn)的內(nèi)容也日趨復(fù)雜，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的要求也隨之提高，所以在進(jìn)行相關(guān)的高壓試驗(yàn)時(shí)，必須做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，以確保高壓試驗(yàn)的順利進(jìn)行。比如，在高壓試驗(yàn)之前，要盡可能的詳細(xì)，要對(duì)試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行合理的規(guī)劃。以保證所制訂的試驗(yàn)方案符合有關(guān)規(guī)定并具有可操作性和安全性。另外，在試驗(yàn)中要充分考慮各種突發(fā)事件，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施[5]。

4.4 做好安全監(jiān)督工作

高壓試驗(yàn)需要根據(jù)相關(guān)記錄數(shù)據(jù)來分析電力設(shè)備的性能情況，是一項(xiàng)研究性試驗(yàn)，這就要求工作人員具備相關(guān)的專業(yè)知識(shí)[6]。在日常試驗(yàn)過程中，要注重給工作人員傳授相關(guān)操作經(jīng)驗(yàn)，保證工作人員能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐相結(jié)合，充分掌握試驗(yàn)操作過流程，同時(shí)對(duì)于錯(cuò)誤的試驗(yàn)操作出現(xiàn)的問題也要找出相關(guān)原因，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，避免類似錯(cuò)誤重復(fù)發(fā)生。相關(guān)專業(yè)知識(shí)的具備有利于試驗(yàn)順利開展。

4.5 加強(qiáng)高壓試驗(yàn)的安全設(shè)計(jì)工作

在高壓試驗(yàn)中，最重要的就是安全，這一點(diǎn)絕對(duì)不能忽略。在此基礎(chǔ)上，試驗(yàn)的關(guān)鍵是最后的試驗(yàn)結(jié)果，它不僅與試驗(yàn)本身的安全性息息相關(guān)，而且還與試驗(yàn)的成功與否相關(guān)[7]。從這一點(diǎn)就可以看出，試驗(yàn)設(shè)計(jì)必須引起極大的關(guān)注，要做好各種控制措施，對(duì)試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行清楚的規(guī)定，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

總之，直流高壓試驗(yàn)作為一項(xiàng)技術(shù)含量高、技術(shù)含量高、涉及面廣的項(xiàng)目，與其他高壓試驗(yàn)一樣，必須實(shí)行科學(xué)的現(xiàn)代化管理，以確保高壓試驗(yàn)工作的順利進(jìn)行，同時(shí)高壓試驗(yàn)的安全性設(shè)計(jì)也要考慮全面周到。