高電壓設備絕緣老化及狀態檢修技術

牟義革

大唐三門峽發電有限責任公司

1 概述高電壓設備絕緣老化

根據當前的實際情況可以看出，絕緣材料在電場中發生老化的規律沒有一個科學的理論體系。經過長時間的討論與研究，大多數專業人士都認為絕緣材料出現電老化的主要原因是由于其初始電壓遠遠小于外部電壓，一旦絕緣材料的電場閾值比其所附加的外界電場的閾值大，那么相關的絕緣材料就可以達到理論上的無限壽命。這種觀點得到了廣泛的認同，但也有部分人士對此報以懷疑的態度，他們認為高電壓設備絕緣材料出現電老化和電場閾值并沒有多大的關系，其本身就是一個慢慢變化的過程。

1.1 電老化

絕緣體在電場作用下的老化行為沒有具體的描述公式，目前普遍采用倒數冪公式L=K/En進行表示，其中K為與具體絕緣材料或電壓系統相關的常數，E表示外加電場，n表示電壓耐受系數。部分學者認為如果外部施加的電壓低于絕緣局部放電起始的電壓時，材料就不會有受到電場干擾引起的老化。在恒溫的條件下，絕緣體的使用時間趨向于所在電場的閾值，如果絕緣體的外加電場接近或者低于所處電場的閾值，則此絕緣體的使用期限趨于無窮長。此外，當材料的擊穿強度遠遠高于外部施加的電場時，此時的絕緣材料具有較長的壽命，在較長一段時間內不會被電場擊穿，具有較強的耐電強度。從非線性電導率的理論出發，電壓的電流會引起氣穴中氣體和表面溫度升高，使得絕緣體在外部施加電場的作用下持續老化。

1.2 熱老化

高電壓設備在運行過程會產生較大的熱量，使得絕緣材料的溫度升高，最終影響絕緣體的壽命。在其他條件不變的條件下，不同的絕緣體材料受溫度影響的程度會有差別。在熱量影響下的高電壓設備的絕緣老化，從化學角度來看是一種氧化效應，是一個化學氧化反應的過程：InL=InA+B/T。其中A和B都是特定條件下老化反應的常數，L是絕緣體的使用壽命，T是絕對溫度。根據公式表明，絕緣介質熱老化的程度主要是由溫度決定的，絕緣介質的使用壽命與溫度關系較大。絕緣介質熱老化這一氧化過程也區分了絕緣介質在不同條件下的老化差異。

1.3 多應力聯合老化

根據高電壓設備的運行實踐情況，絕緣體材料的自身屬性、外部施加應力的類型和生產過程中的技術手段等都會影響絕緣老化的速度和程度。多應力聯合老化是影響高電壓設備絕緣壽命的一種普遍形式，高電壓設備本身有很多的因素會產生機械應力，主要是旋轉設備引起的部分振動，還有金屬導體部分熱膨脹系數引起的周期性應力和絕緣介質材料承受的交流電場力等。機械應力的表現形式主要是絕緣介質材料長時間使用產生裂紋或者氣穴，誘發形成電樹枝并生長。對于旋轉設備的振動，主要表現為絕緣介質受到電應力、熱應力和機械應力三者的同時作用。此外，對于在濕度較大的環境下，濕度會影響到一些敏感潮氣的絕緣材料。從本質上探究，影響絕緣老化的主要因素有電應力、熱應力、機械應力以及潮氣等，都是通過產生化學反應使得絕緣介質老化，因此，可以在化學反應上找到統一的形式表示多應力聯合作用使得絕緣材料老化的規律。

2 絕緣檢測技術的特點與技術組成

2.1 技術特點

高電壓設備絕緣檢測技術具有眾多顯著的特征，一般包括：停電周期大幅減短，在一定程度上減少了控制開關的數量。這一顯著的特征能夠有效的增加電網供電的穩定性和可靠性，對于整個電力系統來說，其在一定程度上大幅增加了電力系統整體的經濟效益。通過絕緣檢測技術對高電壓設備的絕緣性能實施檢測，可以有效避免定期檢修造成的資源浪費以及維修時間安排不合理的問題。與此同時，該技術可以及時發現設備中存在的絕緣缺陷問題，并對其進行及時的反饋和檢修，保證了檢修的高效率，降低維修的成本，增加電力設備正常運行的可靠性。使用檢測技術對高電壓設備的絕緣性能實施檢測，能夠為設備的檢修計劃提高可靠的數據支持，盡可能減少檢修過程中停電的次數，這樣才能確保設備絕緣性能的穩定性，延長設備的使用時間，同時節省了大量的人力以及物力。

2.2 技術組成

絕緣檢測技術一般是由絕緣材料的數據處理技術、通信技術、數據分析技術以及數據收集技術等共同組成。數據的收集技術一般都需要大量的檢測傳感器的支持，使用傳感器對全部絕緣材料的運行狀態進行匯總及收集數據，通過特殊的通信技術把收集到的信息與數據傳輸到系統中。經過系統的數據分析技術將整個線路中絕緣數據進行統一與歸納，之后使用特定的數據處理技術把計算完成的數據儲藏在系統制定的區域，供后續工作參考以及借鑒。工作人員通過對數據進行比對與分析，進而發現隱患危險點以及故障原因，從而進行老化故障排除以及維護處理工作。絕緣檢測技術實際上就是一種數據濾波技術。在收集到的全部數據中把干擾數據以及無效數據篩選出去，收集有效的數據。使用這種方式對絕緣檢測到的信息以及數據進行相關的分析與處理，分析電氣設備絕緣材料的使用壽命以及老化程度。在對絕緣材料相關數據進行收集的過程中，這種檢測技術的重要組成部分就是收集數據的傳感器，因此，選用高精度的傳感器特別重要。傳感器的靈敏度決定了收集數據的精確性和靈活性，這樣才可以保證最終的研究成果是穩定的、正確的。

3 絕緣老化設備狀態維修

3.1 狀態檢修意義

在傳統的設備絕緣狀況維護中，大部分都是根據定期實驗、定期檢查來查看、控制、維護和保養設備材料的絕緣老化。但這種方式存在很多問題，對于正常運行的電力設備進行停電實驗會造成很大的不變，同時還浪費大量的人力物力財力，對于這種過度維修，在浪費的同時，也可能導致設備出現新的安全隱患。因此，電網現代化設備的實際運行數據成為一個用于預測和評估的重要手段資料，掌握了實際的運行情況，根據數據差異比對，能夠有效判斷出設備當前運行是否處于故障狀況。這樣能及時準確的預判設備的絕緣老化狀態，有效的給定期維護帶來數據支持和重點分析。

3.2 絕緣老化維修的實現

檢測技術的可靠性、方便性和準確性為高電壓設備的絕緣老化維修工作帶來了重要的數據支持。因此根據絕緣材料在不同外界應力和環境影響下老化規律的變化，對高電壓設備絕緣材料運行狀況進行整理對比，確保及時檢測出老化安全隱患。為了更好的掌握絕緣材料的材質特性和受外界應力變化情況，必要的非破壞性試驗不可缺少，同時還應該具備全面的理論知識，為高電壓設備絕緣性能分析提供理論基礎。檢測系統的應用中，一項必須解決的問題顯得特別突出，那就是在檢測中的變量選擇。通常來說，不同檢測系統的靈敏度不同，選擇的監測檢驗方式也不同。隨著科技的發展，超聲波探測技術不斷應用到設備絕緣老化監測當中，相比傳統的油浸故障分析，超聲波探測技術更加先進、靈敏和可靠，同時也經濟適用。

3.3 絕緣壽命預測

設備運行超過設計使用年限的有很多，通常是如發電機、變壓器之類的，在絕緣性能良好的前提下，不出現設備故障、安全隱患的通常都在繼續運行。可靠地絕緣壽命預測，能夠大大提高電氣設備的使用年限。發電機、變壓器之類的壽命應該說成是其“絕緣壽命”。通常絕緣年齡增加到一定程度時，絕緣壽命也就走到了盡頭，設備必須做出相應處理，否則將會成為重點安全隱患。

結語

綜上所述，影響電網運行的重要安全隱患之一就是高電壓設備的絕緣老化問題。只有依靠非破壞性試驗與在線檢測技術為基礎，對各種高電壓設備的絕緣狀況進行實時的檢測，對電氣設備的發展趨勢以及絕緣狀況進行精確的反應，才可以有效地避免高電壓設備出現安全事故；現場工作人員必須不斷的提高自身的學習能力和技術水平，才可以為電網的穩定運行做好足夠的保障，為電力企業的發展奠定良好的基礎。

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