電力設(shè)備熱帶海島氣候環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)分析

趙海龍，許雪冬，黃廷城，郭力

（1.海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，海口 570311； 2.熱帶智能電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，海口 570311；3.中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣州 510663）

引言

電力設(shè)備是保障電能安全穩(wěn)定傳輸?shù)闹匾骷＿\(yùn)行環(huán)境對(duì)電力設(shè)備工作狀態(tài)及服役壽命有較大影響，如高溫、高輻照環(huán)境會(huì)加速配電自動(dòng)化終端材料及導(dǎo)線絕緣層老化[1]，熱帶海島高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境會(huì)加劇設(shè)備材料腐蝕[2]。為了保障特殊環(huán)境地區(qū)電力能源的穩(wěn)定供應(yīng)，提高電力設(shè)備的環(huán)境耐久性和服役壽命，有必要對(duì)當(dāng)前電力設(shè)備氣候環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究分析。

本文收集了我國(guó)23家電力設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和實(shí)驗(yàn)室的CNAS認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其中涉及電力設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)的347份標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合分析。標(biāo)準(zhǔn)共涉及249類電力設(shè)備檢測(cè)對(duì)象，以及7類氣候環(huán)境試驗(yàn)，包括高溫試驗(yàn)、交變溫?zé)嵩囼?yàn)、恒定溫?zé)嵩囼?yàn)、溫度變化試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、太陽輻射試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)等。分析結(jié)果表明，當(dāng)前電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)僅提出最基本的通過性環(huán)境技術(shù)要求，尚缺乏電力設(shè)備環(huán)境耐久性相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無法為我國(guó)電力行業(yè)提供產(chǎn)品長(zhǎng)效服役性能方面的技術(shù)指導(dǎo)。有必要針對(duì)熱帶海島特殊服役環(huán)境，研究制定電力設(shè)備特殊環(huán)境試驗(yàn)方法、環(huán)境耐久性評(píng)價(jià)方法等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保障電力裝備在惡劣環(huán)境條件下的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

1 氣候環(huán)境試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象

為對(duì)電力設(shè)備氣候環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，本文首先收集了國(guó)家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國(guó)家智能電網(wǎng)輸配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心等23家電力設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和實(shí)驗(yàn)室的CNAS認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及電力設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)的國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共347份。

標(biāo)準(zhǔn)共涉及249類電力設(shè)備檢測(cè)對(duì)象，本文將其劃分為變壓器、導(dǎo)線、智能化成套開關(guān)設(shè)備、絕緣子和避雷器、電力金具、二次智能設(shè)備6類，如表1所示。

2 試驗(yàn)方法分析

上述電力設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的氣候環(huán)境試驗(yàn)主要可劃分為7類：高溫試驗(yàn)、交變溫?zé)嵩囼?yàn)、恒定溫?zé)嵩囼?yàn)、溫度變化試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、太陽輻射試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)等。

2.1 高溫試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證試樣在高溫條件下的適應(yīng)性。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：按GB/T 2423.2-2008的規(guī)定進(jìn)行。

嚴(yán)酷等級(jí)：部分電力設(shè)備高溫試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表2。

高溫是影響密封橡膠材料老化的重要因素[3]，熱帶海島高溫環(huán)境下密封橡膠老化容易導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)生油氣滲漏等缺陷，進(jìn)而危害設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要進(jìn)一步完善電力設(shè)備高溫試驗(yàn)的檢測(cè)對(duì)象，提高特殊環(huán)境下高溫試驗(yàn)的針對(duì)性。

2.2 交變濕熱試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證試樣在高濕度與溫度循環(huán)變化組合且通常在試樣表面產(chǎn)生凝露條件下的適應(yīng)性。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：按GB/T 2423.4-2008中的規(guī)定進(jìn)行。

嚴(yán)酷等級(jí)：部分電力設(shè)備交變濕熱試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表3。

電力設(shè)備凝露的形成機(jī)理復(fù)雜，不僅與溫濕度相關(guān)，還與鹽霧、霉菌作用有關(guān)[4]，當(dāng)前的試驗(yàn)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)單一，與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境存在明顯差異。

2.3 恒定濕熱試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證試樣在潮濕環(huán)境下的適應(yīng)性。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：按GB/T 2423.3-2015中的規(guī)定進(jìn)行。

嚴(yán)酷等級(jí)：部分電力設(shè)備恒定濕熱試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表4。

表1 電力設(shè)備分類及其涉及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量

表2 部分電力設(shè)備高溫試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

電力設(shè)備潮濕環(huán)境下的適應(yīng)性應(yīng)充分結(jié)合特殊環(huán)境（如熱帶海島環(huán)境）因素進(jìn)行綜合模擬試驗(yàn)。

2.4 溫度變化試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證試樣耐受環(huán)境溫度快速變化的能力。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：按GB/T 2423.22-2012中Na或Nb的規(guī)定進(jìn)行。

試驗(yàn)過程：部分電力設(shè)備溫度變化試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表5。

電力設(shè)備的環(huán)境耐受性不僅與溫度變化有關(guān)，還與太陽輻照、鹽霧等因素密切相關(guān)，有必要在試驗(yàn)過程中綜合考慮。

2.5 鹽霧試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模嚎己嗽嚇拥姆栏g性能。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)暴露于空氣中的金屬電鍍件和化學(xué)處理件按GB/T 2423.17-2008規(guī)定進(jìn)行。

表3 交變濕熱試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

表4 恒定濕熱試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

表5 溫度變化試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

試驗(yàn)過程：部分電力設(shè)備鹽霧試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表6。

熱帶海島鹽霧中的氯離子會(huì)腐蝕破壞高低壓電力設(shè)備的金屬部分，導(dǎo)致機(jī)械部件、操作機(jī)構(gòu)卡澀、失靈。當(dāng)前針對(duì)戶外關(guān)鍵電力設(shè)備金屬材料、涂層等防護(hù)材料的研究尚未完善[5]，有必要結(jié)合鹽霧試驗(yàn)明確電工材料的防護(hù)水平。

2.6 太陽輻射試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模嚎己嗽嚇邮芴栞椛溆绊懙某潭取?/p>

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：按GB/T 2423.24-2013的規(guī)定進(jìn)行。

試驗(yàn)過程：部分電力設(shè)備太陽輻射試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表7。

熱帶海島環(huán)境下的高太陽輻照會(huì)引起設(shè)備防護(hù)涂層失去光澤、變色、粉化、開裂、脫落等，最終導(dǎo)致涂層下的金屬發(fā)生老化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備結(jié)構(gòu)破壞。戶外關(guān)鍵電力設(shè)備種類多、范圍廣，太陽輻射試驗(yàn)的檢測(cè)對(duì)象亟待完善。

2.7 霉菌試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模河糜诖_定試樣上長(zhǎng)霉對(duì)試樣特性的影響程度。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：按GB/T 2423.16-2008的規(guī)定進(jìn)行。

試驗(yàn)過程：部分電力設(shè)備霉菌試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見表8。

霉菌的生長(zhǎng)也與濕度、輻照度等環(huán)境因素相關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備老化。

除上述通用的環(huán)境試驗(yàn)外，一些特殊材料或部件需要進(jìn)行特定的環(huán)境試驗(yàn)。如避雷器需進(jìn)行二氧化硫試驗(yàn)及密封泄露試驗(yàn)，全介質(zhì)自承式光纜、高壓線路用復(fù)合絕緣子以及耐架空導(dǎo)線用纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料芯棒需進(jìn)行抗紫外線試驗(yàn)，耐腐蝕鋼制電纜橋架需進(jìn)行紫外冷凝試驗(yàn)，聚電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料需進(jìn)行空氣彈老化和氧彈老化試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)綜合分析

經(jīng)過對(duì)347份電力設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合分析，當(dāng)前電力設(shè)備熱帶海島氣候環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚存在一些問題，包括：

1）現(xiàn)行電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境試驗(yàn)大部分僅針對(duì)單一環(huán)境。腐蝕、老化等現(xiàn)象是溫度、濕度、鹽霧和太陽輻照等多環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果，單一環(huán)境試驗(yàn)無法表征各環(huán)境因素之間的相互作用，需要多環(huán)境因素綜合試驗(yàn)方法來更好地模擬特殊環(huán)境。

2）現(xiàn)行電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境試驗(yàn)多為通過性環(huán)境試驗(yàn)，缺乏環(huán)境耐久性技術(shù)要求。目前的電力設(shè)備環(huán)境技術(shù)要求主要是確保產(chǎn)品能夠在惡劣環(huán)境投入使用，但電力設(shè)備投入使用后其服役壽命一般要求達(dá)到20年以上。電力產(chǎn)品長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下服役的環(huán)境耐久性顯得尤為重要，然而國(guó)內(nèi)外尚缺少電力設(shè)備環(huán)境耐久性相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而無法對(duì)電力設(shè)備行業(yè)提供產(chǎn)品長(zhǎng)效服役性能方面的技術(shù)指導(dǎo)，也難于確保電力設(shè)備在惡劣環(huán)境條件下的長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行。

3）部分檢測(cè)對(duì)象的試驗(yàn)種類不全，例如缺乏針對(duì)熱帶海島環(huán)境下的智能電網(wǎng)設(shè)備鹽霧交變?cè)囼?yàn)要求，柱上智能終端、計(jì)量裝置、桿塔金具等戶外設(shè)備材料的溫度變化、紫外線老化、耐腐蝕氣體等試驗(yàn)要求，變電站、線路監(jiān)測(cè)裝置的交變濕熱、溫度變化、鹽霧腐蝕等試驗(yàn)要求，對(duì)部分電網(wǎng)重要設(shè)備及關(guān)鍵材料部件的耐腐蝕性能無法提出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)指標(biāo)和完善措施，難以驗(yàn)證智能電網(wǎng)設(shè)備和材料的環(huán)境適應(yīng)性能力。

表6 鹽霧試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

表7 太陽輻射試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

表8 霉菌試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

4）檢測(cè)對(duì)象不齊，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)缺乏對(duì)電網(wǎng)智能終端、智能電表、計(jì)量裝置、智能巡檢設(shè)備、工業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備、桿塔鋼結(jié)構(gòu)等電網(wǎng)設(shè)備和相關(guān)材料的相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)材料的老化機(jī)理和力學(xué)性能已有不少研究，但缺乏智能電網(wǎng)設(shè)備中的金屬材料、絕緣材料、密封材料和主要部件在特殊氣候條件下與運(yùn)行工況、密封介質(zhì)反應(yīng)的相關(guān)研究。針對(duì)智能電網(wǎng)設(shè)備和不同材料開展特殊環(huán)境下長(zhǎng)期帶電戶外實(shí)證試驗(yàn)，對(duì)于推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系制訂工作和驗(yàn)證、提高產(chǎn)品可靠性意義重大。

4 結(jié)論與建議

1）當(dāng)前電力設(shè)備氣候環(huán)境試驗(yàn)大多為單一環(huán)境因素試驗(yàn)，難以有效檢驗(yàn)電力設(shè)備在熱帶海島環(huán)境下的耐受性。熱帶海島地處高溫、高濕、高輻照、高鹽霧的濕熱海洋環(huán)境地區(qū)，不同環(huán)境因素可能發(fā)生相互作用，急需通過大量實(shí)證試驗(yàn)來研究和驗(yàn)證各種環(huán)境因素的相互作用關(guān)系，從而提出綜合環(huán)境試驗(yàn)方法來更真實(shí)有效地模擬熱帶海島特殊環(huán)境條件。

2）目前電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中提出的環(huán)境技術(shù)要求都是最基本的通過性環(huán)境技術(shù)要求。而電力設(shè)備的服役壽命要求高，設(shè)備在特殊惡劣環(huán)境下的耐久性尤為重要。有必要研究電力裝備特殊環(huán)境耐久性的試驗(yàn)方法和技術(shù)要求，為我國(guó)電力行業(yè)提供設(shè)備長(zhǎng)效服役性能的技術(shù)指導(dǎo)，填補(bǔ)電力設(shè)備熱帶海島特殊環(huán)境耐久性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白。