電網(wǎng)高壓試驗(yàn)分析

葉小剛

（佛山供電局試驗(yàn)研究所，廣東 佛山528000）

前言

目前大量使用高電壓等級(jí)的電力電纜在制造廠家已經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn),但在裝貨、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、安裝等環(huán)節(jié),尤其是電纜終端和中間接頭的現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中,有可能對(duì)電纜及附件造成損壞或安裝不正確,因此必須對(duì)新的電纜線路進(jìn)行嚴(yán)格的竣工試驗(yàn),以后還要定期檢修。因此,為了確保高電壓設(shè)備能長(zhǎng)期、安全、經(jīng)濟(jì)的運(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。

1 常見高壓試驗(yàn)

1.1 局部放電試驗(yàn)

局部放電試驗(yàn)是非破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目，目前有兩類試驗(yàn)方法，一種是以工頻耐壓作為預(yù)激磁電壓，降到局部放電試驗(yàn)電壓(一般為 Um/√3的倍數(shù)，變壓器為 1.5倍，互感器為 1.1～1.2倍)，持續(xù)時(shí)間幾分鐘，測(cè)局部放電量；另一種是以Um為預(yù)激磁電壓，降到局部放電試驗(yàn)電壓，持續(xù) 1小時(shí)，測(cè)局部放電量。后一種為變壓器所采用。預(yù)激磁電壓是模擬運(yùn)行中過(guò)電壓，預(yù)激磁電壓激發(fā)的局部放電量不應(yīng)由局部放電試驗(yàn)電壓所延續(xù)，概念是系統(tǒng)上有過(guò)電壓時(shí)所激發(fā)的局部放電量不會(huì)由長(zhǎng)期工作電壓所延續(xù)。這一方法是使變壓器或互感器在 Um/√3長(zhǎng)期工作電壓下無(wú)局部放電量，以保證變壓器能安全運(yùn)行，使局部放電起始電壓與局部放電熄滅電壓都能高于 Um/√3。因此，變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、絕緣件加工與工藝處理、帶電與接地電極表面場(chǎng)強(qiáng)、絕緣介質(zhì)的承受場(chǎng)強(qiáng)等都要使局部放電量小于規(guī)定值來(lái)考慮。不能以主、縱絕緣是否放電作為依據(jù)。以工頻耐壓作為預(yù)激磁電壓時(shí)，局部放電試驗(yàn)電壓的持續(xù)時(shí)間一般較短，約 1～5分鐘。延長(zhǎng)局部放電試驗(yàn)電壓持續(xù)時(shí)間對(duì)絕緣是較為嚴(yán)峻，有時(shí)會(huì)引起破壞性損壞。以 Um作為預(yù)激磁電壓時(shí)局部放電試驗(yàn)電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)要求為 1小時(shí)，能承受多長(zhǎng)時(shí)間與絕緣結(jié)構(gòu)的伏秒特性有關(guān)。局部放電量一般與帶電與接地電極表面的場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)，與電源的頻率無(wú)關(guān)。試驗(yàn)地點(diǎn)的背境噪聲要小，電源的局部放電量要隔離。

1.2 截波沖擊試驗(yàn)

一般是波尾截?cái)嗟牟ㄐ危捎?IEC標(biāo)準(zhǔn)棒狀間隙截?cái)啵部捎枚鄻O點(diǎn)火截?cái)嘌b置截?cái)唷Ｓ枚鄻O點(diǎn)火截?cái)嘌b置截?cái)鄷r(shí)，可獲得較準(zhǔn)的截?cái)鄷r(shí)間，示傷波的截?cái)鄷r(shí)間差異大于 0.15μS，截波沖擊試驗(yàn)結(jié)果就有問題。用棒狀間隙截?cái)嗑筒灰讖慕財(cái)鄷r(shí)間的差異來(lái)判斷是否能通過(guò)試驗(yàn)。截波試驗(yàn)電壓為 110%全波試驗(yàn)電壓時(shí)，如截?cái)鄷r(shí)間小于等于 3μS時(shí)，兩者強(qiáng)度相同。與GIS聯(lián)的變壓器必須要考慮截波試驗(yàn)。截波試驗(yàn)必須與全波試驗(yàn)交替進(jìn)行。一般采用負(fù)極性截波。

1.3 全波沖擊試驗(yàn)

正在修訂的 IEC76---3標(biāo)準(zhǔn)，已將全波沖擊試驗(yàn)列為 Um≥126kV變壓器的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。要進(jìn)行突發(fā)短路試驗(yàn)(特殊試驗(yàn)項(xiàng)目之一)的變壓器，要在短路試驗(yàn)后作全波沖擊試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)的分類

2.1 絕緣特性試驗(yàn)

絕緣特性試驗(yàn)是指在較低的電壓下或是用其它不會(huì)損傷絕緣的辦法來(lái)測(cè)量絕緣的各種特性,從而判斷絕緣內(nèi)部有無(wú)缺陷。例如測(cè)量絕緣電阻、測(cè)量絕緣的介質(zhì)損耗角正切值、絕緣油的物化特性、油中的氣體色譜分析、空載試驗(yàn)、局部放電的超聲波測(cè)量。實(shí)踐證明,此類方法是有效的,但尚不能僅靠它來(lái)判斷絕緣的耐壓等級(jí)。

2.2 絕緣耐壓試驗(yàn)

工頻耐壓試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、操作波試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等均屬破壞性試驗(yàn),它能發(fā)現(xiàn)那些危險(xiǎn)性較大的集中性缺陷,確保絕緣有一定的等級(jí)。缺點(diǎn)是可能會(huì)在耐壓試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷。耐壓試驗(yàn)必須在非破壞性試驗(yàn)之后進(jìn)行,如果非破壞性試驗(yàn)已經(jīng)表明絕緣存在不正常情況,則必須查明原因并加以消除后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn),以避免不應(yīng)有的擊穿和經(jīng)濟(jì)損失。

3 絕緣試驗(yàn)的方法探討

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)。

3.1 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(lái)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(lái)升高電壓供給被試品所需的高電壓,球隙測(cè)壓器用來(lái)測(cè)量高電壓或保護(hù)被試品免受過(guò)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。

3.2 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。現(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(guò)載能力強(qiáng),故障率低,但由于是工頻倍壓,一般無(wú)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。

3.3 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。

3.4 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(guò)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(guò)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。

4 電氣設(shè)備絕緣在線檢測(cè)技術(shù)的可行性分析

電氣設(shè)備在線檢測(cè)技術(shù)是一種采用運(yùn)行電壓來(lái)對(duì)高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行試驗(yàn)的方法，它可以大大提高試驗(yàn)的真實(shí)性與靈敏度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷。通常在線檢測(cè)儀器或系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、分析診斷系統(tǒng)所組成。傳感系統(tǒng)是用來(lái)感知所需要的電氣參量和非電氣參量，目前常用的傳感器有：電磁型、力學(xué)量型、聲參數(shù)型、熱參數(shù)型和化學(xué)量型幾種。信息采集系統(tǒng)是將傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行傳輸，應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，抑制和消除外界干擾和背景噪聲，提取真實(shí)信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)的還原。分析診斷系統(tǒng)是對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析、處理和診斷，從而得到所測(cè)電氣設(shè)備絕緣的當(dāng)前狀況，并根據(jù)需要進(jìn)行絕緣診斷和壽命評(píng)估。運(yùn)用的方法有：小波分析技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊診斷技術(shù)、專家分析技術(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

在線檢測(cè)技術(shù)必將成為電氣設(shè)備絕緣檢測(cè)的重要組成部分，它將在很多方面彌補(bǔ)僅靠定期停電預(yù)防性試驗(yàn)所帶來(lái)的種種不足，給高壓試驗(yàn)工作帶來(lái)一次質(zhì)的飛躍。

[1]許乃峰.試論電網(wǎng)高壓試驗(yàn)的方法與安全措施.黑龍江科技信息,2010年3期.