低壓電網(wǎng)絕緣檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)分析

程毅

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)的低壓電網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展也有了改善。電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等幾個(gè)部分組合而成，其中配電與用電之間的關(guān)聯(lián)最為密切，如果配電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)對(duì)用電設(shè)備造成影響。所以，保證配電的運(yùn)行可靠性尤為重要。變壓器是整個(gè)配電網(wǎng)的核心設(shè)備，一旦變壓器發(fā)生故障，輕則會(huì)影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大范圍停電。當(dāng)變壓器的絕緣狀態(tài)下降時(shí)，故障的發(fā)生概率會(huì)隨之增大。

關(guān)鍵詞 低壓電網(wǎng);絕緣檢測(cè)裝置;設(shè)計(jì)分析

引言

電網(wǎng)的絕緣電阻和分布電容，是涉及電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要參數(shù)，必須經(jīng)常進(jìn)行測(cè)量。目前，針對(duì)電網(wǎng)絕緣參數(shù)的測(cè)試方法主要有：附加直流電源的電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)法、直流檢測(cè)法、相對(duì)地附加電容法、多路絕緣電阻自動(dòng)檢測(cè)法、注入信號(hào)法、不平衡電壓實(shí)時(shí)測(cè)量法等。直流檢測(cè)法能夠區(qū)分電網(wǎng)的對(duì)地電容和絕緣電阻，但測(cè)試過(guò)程存在危險(xiǎn)。其他測(cè)量方法均忽略了對(duì)地絕緣電阻的影響，以系統(tǒng)的全絕緣阻抗來(lái)近似逼近對(duì)地電容，從而使絕緣參數(shù)的測(cè)量產(chǎn)生誤差。另外，現(xiàn)有測(cè)量方法在計(jì)算過(guò)程中附加元件均參加運(yùn)算，其標(biāo)稱值與實(shí)際值誤差直接影響計(jì)算的精確度。

1配電變壓器絕緣老化的機(jī)理分析

配電變壓器作為配電系統(tǒng)的核心部件，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否對(duì)配電系統(tǒng)的影響非常大，一旦配電變壓器絕緣出現(xiàn)老化會(huì)導(dǎo)致變壓器的整體性能下降。相關(guān)研究結(jié)果表明，絕緣系統(tǒng)是影響變壓器使用壽命的關(guān)鍵性因素之一，由于受到外部環(huán)境的影響使變壓器絕緣很容易出現(xiàn)老化情況，下面從熱老化、電老化和機(jī)械老化三個(gè)方面對(duì)配電變壓器絕緣的老化機(jī)理進(jìn)行分析。配電變壓器熱老化機(jī)理。熱老化是配電變壓器油紙絕緣性能下降的主要表現(xiàn)形式之一，隨著纖維紙的逐步熱解各種化學(xué)反應(yīng)會(huì)隨之出現(xiàn)，在此過(guò)程中會(huì)生成各種揮發(fā)物。化學(xué)反應(yīng)的速率取決于溫度的高低，如果溫度持續(xù)上升則反應(yīng)速率會(huì)進(jìn)一步加快，絕緣紙的老化也會(huì)隨之加劇。當(dāng)絕緣紙老化之后，其本身的機(jī)械性能會(huì)受到嚴(yán)重的影響，若是機(jī)械性能完全喪失，絕緣紙會(huì)因?yàn)榇嗷c繞組相脫離，極有可能引起油路堵塞，從而使配電變壓器的散熱功能受到影響。當(dāng)變壓器無(wú)法正常散熱之后，其溫度會(huì)快速上升，在高溫的作用下，使絕緣的熱老化速度加快，由此會(huì)進(jìn)入一個(gè)惡性循環(huán)狀態(tài)。配電變壓器電老化機(jī)理。配電變壓器所處的運(yùn)行環(huán)境比較特殊，不可避免地會(huì)受到電場(chǎng)的影響，油紙絕緣在電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下，老化速度會(huì)不斷加快，這是因?yàn)橛图堅(jiān)陔妶?chǎng)中會(huì)出現(xiàn)理化反應(yīng)從而導(dǎo)致油紙快速分解，絕緣性能大幅度下降。通過(guò)對(duì)嚴(yán)重老化的油紙絕緣進(jìn)行擊穿試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在擊穿過(guò)程中電壓值為恒定，由此說(shuō)明變壓器未超出使用壽命，其電氣性能只會(huì)在限定的范圍以內(nèi)持續(xù)下降。由于絕緣紙本身能夠承受一定的電場(chǎng)強(qiáng)度，故此配電油紙絕緣出現(xiàn)電老化后，在短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成影響。油紙絕緣從廠家運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)途中會(huì)受到振動(dòng)，從而會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，這樣會(huì)引起局部放電，進(jìn)而造成絕緣表面溫度升高，加快絕緣的老化速度。不僅如此，放電會(huì)使絕緣油被分解產(chǎn)生烴類氣體，受到該氣體的影響放電程度會(huì)有所加劇，各種故障問(wèn)題也會(huì)隨之出現(xiàn)[1]。

2低壓電網(wǎng)絕緣檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)分析

2.1 對(duì)變壓器設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)

對(duì)變壓器設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)，是我國(guó)電力系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測(cè)的重要方面。與對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣狀況在線監(jiān)測(cè)相比，對(duì)電力系統(tǒng)變壓器絕緣狀況的在線監(jiān)測(cè)更加復(fù)雜，因?yàn)榫植窟M(jìn)行放電試驗(yàn)的方法會(huì)給變壓器造成損害，具體來(lái)講，會(huì)讓加速變壓器自身的有機(jī)絕緣老化，最終會(huì)擊穿絕緣層。因此，對(duì)變壓器絕緣狀況的在線監(jiān)測(cè)，不僅要采用局部放電試驗(yàn)，更重要的是分析判斷局部放電的放電量數(shù)值。通常采用的局部放電試驗(yàn)有兩種做法，一種是采取脈沖電流的方法，另一種是采取超聲波探測(cè)的方法。而分析判斷局部放電的放電量數(shù)值，主要對(duì)變壓器絕緣油里分解出來(lái)的氣體的含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如分析判斷變壓器是否存在故障或者是否將要發(fā)生故障，要高度關(guān)注絕緣油里分解出來(lái)的H2、C2H2等氣體的數(shù)值大小。

2.2 電力系統(tǒng)在線維修技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

電力系統(tǒng)在線維修技術(shù)具備許多優(yōu)勢(shì)。第一，該項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)停電監(jiān)測(cè)維修技術(shù)相比，可以在電力系統(tǒng)設(shè)備正常工作狀態(tài)下完成故障排除，而對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行也絲毫不造成影響。第二，該項(xiàng)技術(shù)有效降低了維修費(fèi)用和設(shè)備事故發(fā)生率，大大提高了維修工作效率，能夠產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)和良好的經(jīng)濟(jì)效益。第三，雖然說(shuō)停電監(jiān)測(cè)維修能夠有效減少和防止維修事故的發(fā)生，但這種傳統(tǒng)的維修技術(shù)和手段存在諸多問(wèn)題和明顯弊端，特別是隨著電力系統(tǒng)電壓的逐年增高和使用量的逐步加大，停電維修既不能滿足社會(huì)用電的實(shí)際需要，也不能滿足維修工作的實(shí)際需要。因此，在線維修能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，具有良好的發(fā)展未來(lái)。

2.3 油色譜分析法

當(dāng)絕緣油受到電場(chǎng)、溫度、水分等外界因素影響時(shí)會(huì)出現(xiàn)氧化反應(yīng)、碳化反應(yīng)及裂解等情況，由此會(huì)產(chǎn)生各種氣體如氫氣、烴類氣體等。變壓器的絕緣紙或板均為多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有一定的吸水性，并且絕緣紙的親水性要明顯高于絕緣油，能夠從油中吸收水分。絕緣紙或板熱老化后會(huì)發(fā)生裂解，從而生成水、一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，并有少量的烴類氣體產(chǎn)生，基于此可運(yùn)用色譜分析法對(duì)絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)配電變壓器出現(xiàn)油過(guò)熱故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生甲烷和乙炔等氣體;油紙絕緣出現(xiàn)局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣、甲烷及一氧化碳等氣體;油中火花放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣和乙炔氣體[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

低壓供電網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)諧振系統(tǒng)，諧振電容、電感和對(duì)地絕緣電阻、分布電容之間存在線性數(shù)學(xué)關(guān)系，利用附加電阻構(gòu)成單相接地，選取合理的諧振電容電感參數(shù)，可以在線安全地測(cè)試出電網(wǎng)絕緣參數(shù)值。絕緣阻抗的計(jì)算公式中不含附加電阻，附加電阻不參與絕緣參數(shù)的計(jì)算，不影響絕緣參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。附加電阻測(cè)量絕緣參數(shù)的誤差在±0.5%以內(nèi)，測(cè)試精度高。不同線制的低壓電網(wǎng)絕緣參數(shù)滿足一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，此理論推導(dǎo)結(jié)論在低壓電網(wǎng)絕緣檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)中具有通用性。基于附加電阻測(cè)量方法的計(jì)算公式，利用單片機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣阻抗測(cè)量的智能化，為電網(wǎng)絕緣的智能檢測(cè)提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王虹橋.附加直流電源的電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)新方法[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2000，4（4）：19-21.

[2] 費(fèi)萬(wàn)民，張艷莉.電力系統(tǒng)中直流接地電阻檢測(cè)的新原理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，25（6）：54-56.