超高壓輸變電配備局放裝配在線監(jiān)測裝置的必要性

西安智源電氣有限公司技術(shù)漫談

電力能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，電力能源工業(yè)的發(fā)展對國家實現(xiàn)預(yù)期的戰(zhàn)略目標(biāo) 具有重要的意義。近二十年間我國電力工業(yè)得到了較快發(fā)展，連續(xù)上了兩個臺階，繼 1981 年發(fā)電裝機(jī)容量跨上 100GW臺階后，1995年又突破 200GW，2000年全國發(fā)電裝機(jī)容 量達(dá)到了 300GW，預(yù)期到 2010年達(dá)到 550GW、2020 年達(dá)到 750GW。目前，我國現(xiàn)在總發(fā)電量排列世界第二位，但人均擁有裝機(jī)容量遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，我國人均年消耗的 能源水平仍很低，要滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，就必須在加快裝機(jī)容量的增長速度的基 礎(chǔ)上，提高大型電力設(shè)備的運行可靠性。隨著電力設(shè)備電壓等級的提高、單機(jī)容量的增大，電力設(shè)備運行的可靠性問題越來 越突出。大型電力設(shè)備供電覆蓋面廣，一旦發(fā)生故障，造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失非常巨大， 同時還將造成巨大的社會影響。研究表明，變電站電力設(shè)備的故障 80%以上是由于電力 設(shè)備絕緣故障所引起的。通常電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)是固體、液體和氣體電介質(zhì)材料組成， 電力設(shè)備絕緣材料和結(jié)構(gòu)在各種因素（包括：電、熱、機(jī)械、化學(xué)、環(huán)境等因素）的長 期作用下發(fā)生一系列的化學(xué)、物理變化，導(dǎo)致在電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中產(chǎn)生可逆和不可逆 的損壞，使電力設(shè)備的電性能和機(jī)械性能等不斷下降，.終導(dǎo)致電力設(shè)備產(chǎn)生運行故障。

電力設(shè)備絕緣的缺陷通?？梢苑殖蓛纱箢悾?.類是集中性缺陷，指缺陷集中于絕 緣的某個或某幾個部分，例如局部受潮、局部機(jī)械損傷、絕緣內(nèi)部氣泡、瓷介質(zhì)裂紋等， 它又分為貫穿性缺陷和非貫穿性缺陷，這類缺陷的發(fā)展速度較快，因而具有較大的危險 性；第二類是分布性缺陷，指由于受潮、過熱、動力負(fù)荷及長時間過電壓的作用導(dǎo)致的 電力設(shè)備整體絕緣性能下降，例如絕緣整體受潮、充油設(shè)備的油變質(zhì)等，它是一種普遍 性的劣化，是緩慢演變而發(fā)展的。電力設(shè)備的絕緣缺陷有可能是在制造、運輸和檢修過程中產(chǎn)生的，也有可能因發(fā)生 意外事故而殘留下潛伏性缺陷，這些缺陷可以通過交接試驗和預(yù)防性試驗進(jìn)行檢查。電力設(shè)備.主要地導(dǎo)致絕緣缺陷的途徑是：在長期運行過程中電力設(shè)備受到電場的作用、 熱場的作用、機(jī)械力損傷、化學(xué)腐蝕以及大氣環(huán)境條件的作用，導(dǎo)致電力設(shè)備的絕緣品 質(zhì)逐漸劣化，使其性能變壞，這就是通常所說的老化，老化的結(jié)果是一個漸變的過程， 但.終作用結(jié)果是導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)的不可恢復(fù)性破壞。在運行過程，導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生的不可逆的劣化（即老化）的因子稱為老化因子，常見的老化因子有：

(a)電老化是指在電場長期作用下電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的老化，電老化機(jī)理很復(fù)雜，它包含放電引起的一系列物理和化學(xué)效應(yīng)。隨著外施電壓的增加，絕緣系統(tǒng)中的 放電增強，放電量和放電重復(fù)率也增加，導(dǎo)致電老化速度加快，絕緣壽命降低；

(b)熱老化是指在高溫的長期作用下電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的老化，有機(jī)絕緣材料在高溫的作用下發(fā)生熱降解，導(dǎo)致絕緣材料的結(jié)構(gòu)變化，使其電氣性能和機(jī)械性能劣 化。隨著溫度的上升，絕緣的熱老化速度迅速增加，不同的絕緣材料受溫度的影響程度 不一樣，在室溫下絕緣系統(tǒng)的老化極其緩慢；

(c)機(jī)械老化是指固體絕緣系統(tǒng)在運行過程中受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用發(fā)生的老化，機(jī)械老化過程是絕緣材料在機(jī)械應(yīng)力的作用下細(xì)觀缺陷發(fā)生規(guī)則運動，形成微裂縫 并逐漸擴(kuò)大而導(dǎo)致的。機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的微裂縫在強電場作用下將引發(fā)局部放電，從而加 速絕緣系統(tǒng)的破壞；

(d)環(huán)境老化是指在水分、氧氣、陽光輻射、化學(xué)塵埃等自然環(huán)境條件下和在高海拔地理條件下導(dǎo)致的絕緣系統(tǒng)表面老化，特別是當(dāng)有機(jī)高聚物表面沉積污穢物后，在水 和強電場的作用下將產(chǎn)生強烈的污穢放電，導(dǎo)致絕緣表面產(chǎn)生破壞。在開展電力設(shè)備檢測與診斷技術(shù)研究之前需要充分認(rèn)識電力設(shè)備受各老化因子作 用導(dǎo)致絕緣剩余壽命下降和.終破壞的規(guī)律。電力設(shè)備的老化過程是多因子共同作用的 結(jié)果，其作用過程極其復(fù)雜。例如：發(fā)電機(jī)在運行過程中就可能受到發(fā)熱、機(jī)械振動、 高電壓等因子的共同作用；變壓器在運行過程中可能受到高電壓強場強、高熱、化學(xué)分 解等因子的協(xié)同作用；斷路器在運行過程中可能受到高電壓、電弧、溫度、濕度等因子 的影響，等等。電力設(shè)備的絕緣老化是時間和老化因子的函數(shù)，絕緣劣化的程度要根據(jù) 其性能的變化來確定，當(dāng)絕緣性能的指標(biāo)達(dá)到某一極限值時，絕緣已不能在工作電壓下 正常使用，其壽命將達(dá)到使用極限。電力設(shè)備的運行檢測就是希望通過各種不同的方法， 準(zhǔn)確檢測能夠表征電力設(shè)備性能的各有關(guān)參數(shù)，進(jìn)而得到運行條件下的電力設(shè)備狀態(tài)。

目前國際國內(nèi)上制定了一系列電力設(shè)備試驗、檢測標(biāo)準(zhǔn)，包括：電力設(shè)備在制造過程中的檢測（型式試驗、例行試驗和出廠試驗）和電力設(shè)備在運行前及運行中的檢測（交 接試驗、預(yù)防性試驗和在線監(jiān)測）。對于運行中的電力設(shè)備目前國際國內(nèi)主要采用預(yù)防 性試驗進(jìn)行電力設(shè)備狀態(tài)的診斷。

電力設(shè)備預(yù)防性試驗在一定程度上可以對電力設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，其也是目前國際國內(nèi)通行的試驗方法，通常預(yù)防性試驗可分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩大類：

..類是非破壞性試驗或稱絕緣特性試驗，是指在較低的電壓下或是用其它不會損 傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內(nèi)部有無缺陷。主要指測量絕緣電 阻、泄漏電流和介質(zhì)損失角正切等電氣試驗項目。由于這類試驗施加的電壓較低，故不 會損傷設(shè)備的絕緣性能，其目的是判斷絕緣狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)可能的劣化現(xiàn)象，實踐證明 這類方法是有效的，但目前還不能只靠它來可靠地判斷絕緣的耐壓水平。

第二類是破壞性試驗或稱絕緣耐壓試驗，在高于工作電壓下所進(jìn)行的試驗稱為破壞 性試驗。試驗時在設(shè)備絕緣上加上規(guī)定的試驗電壓，考驗絕緣對此電壓的耐受能力，因 此也叫耐壓試驗。它主要指交流耐壓和直流耐壓試驗。由于這類試驗所加電壓較高，考 驗比較直接和嚴(yán)格，特別是能揭露那些危險性較大的集中性缺陷，它能**絕緣有一定 的水平或裕度，缺點是可能會在耐壓試驗時給絕緣造成一定的損傷。耐壓試驗是在非破 壞性試驗之后才進(jìn)行，如果非破壞性試驗已表明絕緣存在不正常情況，則必須在查明原 因并加以消除后再進(jìn)行耐壓試驗，以避免不應(yīng)有的擊穿。

我國現(xiàn)行的電力設(shè)備預(yù)防性試驗主要項目見表 1。

表 1 現(xiàn)行電力設(shè)備預(yù)防性試驗主要項目

根據(jù)過去長期的運行經(jīng)驗及試驗研究中已逐步確立起來的這些預(yù)防性試驗項目，為 確保電力設(shè)備的安全運行發(fā)揮了很大作用。現(xiàn)行的預(yù)防性試驗的方法是前人多年工作的 結(jié)晶，它對電力設(shè)備的安全運行發(fā)揮著積極作用，但近年來愈來愈多的電力工作者從實 踐中意識到，常規(guī)預(yù)防性試驗存在著試驗時需要停電、試驗時間集中工作量大、停電試 驗是否能表征電力設(shè)備的運行狀態(tài)等問題，特別在電力設(shè)備運行過程中，人們.關(guān)心的 是絕緣結(jié)構(gòu)的剩余電氣強度，但至今還未找到它與絕緣電阻、泄漏電流及介質(zhì)損耗因數(shù) 等非破壞性試驗參數(shù)之間的直接函數(shù)關(guān)系，所以僅憑這些試驗項目難以準(zhǔn)確、有效地判 斷電力設(shè)備絕緣的好壞，這就暴露出現(xiàn)行的電力設(shè)備預(yù)防性試驗本身存在的缺陷。

為了提高電力設(shè)備絕緣試驗的準(zhǔn)確性、有效性，電力工作者對電力設(shè)備的預(yù)防性試 驗方法進(jìn)行了必要地修正，一方面提出了一些新預(yù)防性試驗項目，如：色譜分析、局部 放電試驗等，使電力設(shè)備檢測的有效性明顯提高；另一方面對原有的試驗技術(shù)進(jìn)行修正， 如：“分解試驗”（即在可能的情況下，將大型電力設(shè)備分解成若干部分進(jìn)行試驗）起到 了一定的效果。

電力設(shè)備雖然都按規(guī)定、按時做了常規(guī)預(yù)防性試驗，但事故往往仍然時有發(fā)生，其 主要原因之一是由于現(xiàn)有的試驗項目和方法往往難以**在這一個周期內(nèi)不發(fā)生故障。 由于絕大多數(shù)故障在事故前都有先兆，這就要求發(fā)展一種連續(xù)或選時的帶電監(jiān)視技術(shù)， 在線監(jiān)測就是在這種情況下產(chǎn)生的。

近年來得到飛速發(fā)展的電力設(shè)備在線檢測技術(shù)，是一種利用電力設(shè)備運行電壓來對 電力設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行試驗的方法，它可以大大提高試驗的真實性與靈敏度。常規(guī)的預(yù)防性 試驗一般以一年為一周期，現(xiàn)在完全可以根據(jù)設(shè)備的絕緣狀況的好壞來選擇不同的在線 檢測周期，使試驗的有效程度明顯提高。通過在線檢測可以積累大量的數(shù)據(jù)，結(jié)合電力 設(shè)備預(yù)防性試驗數(shù)據(jù)和以往的運行數(shù)據(jù)，可以對電力設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行綜合評判——診斷。

在線監(jiān)測將成為電力設(shè)備運行狀態(tài)檢測與診斷的重要手段，它將在很多方面彌補僅 靠定期停電預(yù)防性試驗的不足，是電力設(shè)備檢測與診斷的發(fā)展方向。

要提高電力設(shè)備運行可靠性，關(guān)鍵是提高現(xiàn)有電力設(shè)備運行檢測與診斷水平，這里特別要強調(diào)地是，僅僅只有檢測技術(shù)的提高是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要實現(xiàn)電力設(shè)備的準(zhǔn)確、 有效的檢測與診斷，首先需要從研究電力設(shè)備絕緣老化特性入手，充分了解電力設(shè)備 絕緣劣化規(guī)律、得到絕緣狀態(tài)的特征量的變化規(guī)律，從而才能確定合適的檢測方法， 在此基礎(chǔ)上再開發(fā)相應(yīng)的檢測裝置，以實現(xiàn)提高電力設(shè)備診斷與壽命評估水平的目的。

西部地區(qū)環(huán)境條件十分復(fù)雜，致使大型電力設(shè)備的運行工況十分惡化、大型電力設(shè) 備的運行故障比其它地區(qū)更多，所以研制開發(fā)出適合西部地區(qū)的超高壓變電站關(guān)鍵電力 設(shè)備在線檢測與診斷儀的工作顯得更加重要。本課題提出，在研究超高壓變電站電力設(shè) 備絕緣劣化規(guī)律的基礎(chǔ)上，尋找并確定表征電力設(shè)備劣化規(guī)律的特征參量組，開發(fā)適合 于我國的110kV及以上變電站的大型電力設(shè)備狀態(tài)檢測與診斷設(shè)備。

本公司局放在線監(jiān)測系統(tǒng)以及鐵芯（夾件）接地電流裝置是針對西部地區(qū)運行的超高壓電力設(shè)備的檢測技術(shù)，希望通過研究提高西部地區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)的運行可靠性，**安全可靠地供電，并為將來在西部實施更高電壓等級輸電、**關(guān)鍵設(shè)備的運行安全提供技術(shù)支撐。隨著技術(shù)和市場的拓展，還將對提高我國全國電力設(shè)備運行可靠性、提高我國電力系統(tǒng)供電質(zhì)量具有重要意義。