高電壓設備絕緣老化及絕緣檢修策略研究

曹小連

廈門ABB開關有限公司，福建 廈門 361101

0 引言

在高電壓設備的運行過程中，運行系統長時間受到高壓、外部環境等因素的影響，易造成設備絕緣老化，嚴重時會造成電力系統供電中斷。

為了保證設備的正常運行，需要針對高壓電氣設備的絕緣情況進行狀態檢修。在此過程中，相關工作人員需要掌握絕緣老化的主要類型，并根據高電壓設備運行的實際情況，合理選擇檢修技術，針對高電壓設備進行定期檢查。一旦出現故障，應立即采取科學的檢修措施，保證設備的正常運行，保證電網處于穩定的運行狀態[1]。

1 高電壓設備絕緣老化的主要類型

1.1 多應力聯合老化

在研究高電壓設備的絕緣性能時，需要重點分析設備所用絕緣材料的外應力類型和材料的基本特性，以幫助工作人員掌握電壓設備中絕緣材料老化的基本規律。通常情況下，不同的絕緣材料受到環境影響會產生不同的老化現象，材料的特性與其使用過程中受外界因素干擾的程度直接相關。現階段，在高電壓設備使用的材料中，外加應力的類型較多，外加應力對不同絕緣材料的影響不盡相同。在多種外加應力的作用下，可能會導致絕緣材料出現裂縫或氣穴。同時，如果絕緣材料長期暴露在濕度較高的工作環境中，材料老化速度會加快；絕緣材料對溫度較敏感，工作環境的溫度過高或過低都會影響材料的使用壽命。加強對外在應力對絕緣材料影響的研究，可以幫助工作人員采取有效的應對措施，避免外在因素導致的絕緣材料老化[2]。

1.2 電老化

多數高電壓設備的絕緣材料都可以實現局部放電，這可能會導致絕緣材料出現局部絕緣擊穿，使絕緣材料的絕緣性能受到破壞，發生電老化。隨著高電壓設備使用時間的增加，老化范圍會進一步擴大，使絕緣材料的絕緣性能嚴重下降。

根據高電壓設備材料的實際使用情況，如果絕緣材料局部放電時產生的電壓大于外施電壓，絕緣材料不會因為電場的變化出現老化。從這個角度出發，工作人員可以通過電擊穿的強度判斷絕緣材料是否存在電老化。

1.3 熱老化

高電壓設備在長期運行的過程中，會產生較大的熱量，使絕緣材料的溫度升高。絕緣材料對溫度較敏感，長期處于高溫工作環境會嚴重損害絕緣材料的質量及使用壽命。

根據“10 ℃法則”，如果絕緣材料所處工作環境的溫度升高10 ℃，絕緣材料的使用壽命會縮減為原來的一半。雖然該理論可能會受到絕緣材料本身材質的影響，與實際情況存在差異，但是溫度過高對于絕緣材料的壽命依然具有較大的負面影響[3]。有研究人員認為，絕緣材料出現熱老化現象的主要原因是絕緣材料與空氣發生氧化還原反應，在反應過程中產生了熱量，導致絕緣材料出現熱老化，在電導能力不斷增強的過程中，會造成熱擊穿。

2 高電壓設備絕緣檢修技術的發展現狀

高電壓設備絕緣檢修技術屬于電氣工程領域的技術，其主要針對高電壓設備的絕緣體結構開展防護以及優化工作。使用氣體放電等絕緣檢修技術，可以有效檢測高電壓設備的絕緣性能，研究絕緣檢修技術可以推動電氣行業的持續發展。在傳統的絕緣檢修中，多使用電工陶瓷充當高電壓設備的外絕緣材料。電工陶瓷的降溫性能和電氣性能良好，并且具備較強的機械能力，可以使電力生產工作系統處于穩定的工作環境。但是電工陶瓷的抗沖擊能力較弱，在實際應用中容易導致高電壓設備出現故障，嚴重時可能造成安全事故。隨著技術的不斷發展，現階段已經有多種可以有效代替電工陶瓷的絕緣材料被廣泛應用在電氣設備中。例如，新型復合絕緣技術主要采用有機材料作為高電壓設備的絕緣材料，其不僅具備有機材料的優良性能，同時具有較高的環境適應性，可以保證設備在運行過程中的穩定性。

3 高電壓設備絕緣檢修技術的應用優勢

3.1 縮短停電周期、減少停電次數

當設備出現故障時，使用絕緣檢修技術可以縮短停電周期。使用絕緣檢修技術可以減少控制開關的數量，進而提升電網供電的穩定性；可以在檢修過程中減少停電次數，進而延長高電壓設備的使用壽命[4]。

3.2 提高檢修效率

通常情況下，企業會組織管理小組檢查高電壓設備的運行情況。但是部分企業缺少完善的檢修制度，工作人員在檢修工作中未能合理規劃高電壓設備的檢修，檢修工作的質量也無法得到保證。利用絕緣檢修技術檢修高電壓設備的絕緣性能，可以有效避免上述問題。絕緣檢修技術可以幫助檢修人員及時發現高電壓設備中存在的絕緣問題，協助檢修人員分析和反饋電氣設備的運行情況，輔助檢修人員選擇正確的檢修手段，提升檢修工作的效率，進而降低高電壓設備的維護成本，提升整個電力系統的運行可靠性。

3.3 為檢修方案的制訂提供參考

絕緣檢修技術的應用，可以為高電壓設備檢修方案的制訂提供數據基礎。工作人員可以根據絕緣檢修得出的各項數據信息合理規劃高電壓設備的后續檢修方案。對于電力系統的運行，絕緣檢修技術的應用不僅可以增加系統的運行效率，同時可以降低經濟成本，提升企業的經濟效益。

4 高電壓設備絕緣檢修技術的應用要點

絕緣檢修涉及的技術較多，主要包括數據采集技術、通信技術、數據分析處理技術等。在應用絕緣檢修技術時，可以通過相關設備和信息系統收集高電壓設備的數據，并利用系統自帶的篩選功能去除無效數據，重點收集有效數據，然后將數據信息和分析結果直接存儲在信息系統中，便于工作人員利用數據信息開展維護管理工作。

絕緣檢修技術應用過程中的關鍵裝置是傳感器，傳感器可以收集信息數據。選擇傳感器時，需要重點關注傳感器的靈敏度，以及在收集數據方面的精確性，以保障數據收集和分析結果符合實際情況。

具體應用流程：通過傳感器收集、匯總高電壓設備絕緣材料的運行情況，并通過通信技術將相關信息傳入數據系統；系統在收到絕緣材料運行情況的數據之后，會對數據信息進行處理計算，并通過指定的數據處理技術將完成計算的相關數據統一存儲在指定區域，工作人員在開展高電壓設備絕緣檢修時，可以直接通過數據系統調取相關數據信息；相關工作人員根據數據分析結果，通過人為數據比對，可以及時發現高電壓設備運行過程中的潛在危險源，以及出現故障的根本原因，并以此為依據，排除設備中的老化故障，制訂科學的維護處理方案[5]。

5 高電壓設備絕緣檢修策略

5.1 科學延長設備的絕緣壽命

采取有效手段延長高電壓設備絕緣材料的使用壽命是絕緣檢修工作的重點內容。各種高電壓設備在出廠后都會明確規定使用年限，但是在實際生產過程中，設備的實際運行時間往往高于規定的使用年限。例如，一些企業在應用變壓器、發電機等設備時，經常存在設備運行時間超過設備規定的使用時間的情況。如果設備的絕緣性能較優異，可以繼續使用，但需做好定期檢修工作，消除設備中的安全隱患[6]。

工作人員需要明確掌握各種高電壓設備的使用年限，并根據使用年限預測使用壽命。針對使用時間未超過使用年限的設備，可以根據設備運行情況進一步優化設備的絕緣性能，同時維修或更換設備中出現故障的零部件；對于使用時間超過使用年限的設備，工作人員需要重點掌握設備的實際運行情況，增加絕緣性能檢修工作的頻率。使用壽命的延長需要建立在科學和安全的基礎上，當設備的使用時間超過一定期限時，需要立即更換，避免設備在運行過程中出現安全事故。

5.2 應用有機絕緣材料

隨著技術水平的不斷提升，針對高電壓設備絕緣性能降低、絕緣材料老化的問題，可以應用有機絕緣材料進行改善。現階段常用的有機絕緣材料幾乎都是高分子聚合物，包括塑料、橡膠、纖維等。其中，塑料的產量較大，被廣泛用于電器絕緣領域。有機絕緣材料的來源較為豐富，可以選擇的種類較多，具備其他材料無法比擬的優勢。當前，應用最廣泛的有機絕緣材料是棒形懸式合成絕緣子，電力系統中的多數產品都應用了這一材料，我國在絕緣子材料發展方面已經處于世界領先水平[7]。

5.3 應用在線監測技術

高壓電氣設備絕緣性能的在線監測技術是指當電器設備處于運行狀態時，可以根據工作電壓監測絕緣性能的各項參數。該監測技術可以準確監測電氣設備在運行狀態中的絕緣性能。通常情況下，針對高電壓設備出現的絕緣老化問題，可以采取狀態檢修的方式，以進一步提升絕緣性能監測數據的真實性。通過對絕緣材料的性能監測，工作人員可以根據相關數據分析得到不同高電壓設備使用的不同絕緣材料的老化規律，為之后的絕緣性能檢修工作提供相關依據。

5.3.1 在線監測技術的功能

在針對高電壓設備的絕緣性能進行在線監測時，主要以設備的介損值作為主要參數，可以通過傅里葉變換的方法求解介損值。在線監測技術具備以下功能：可以監測避雷器運行過程中的各種參數，包括阻性電流、容性電流的變化情況，從而掌握絕緣材料的老化情況；可以通過測量電流互感器、耦合電容器等設備的參數，計算介損值，進而了解絕緣材料的受潮情況和老化程度；在線監測技術可以不受電磁干擾的影響，將真實數據傳輸到監測系統，可以實現信息數據的遠程傳輸、數據共享等。

5.3.2 數據分析方法

利用在線監測技術進行數據分析診斷時，可以采用相互比較法和趨勢分析法。

（1）相互比較法。雖然在線監測技術得到的各項數據可能會受到其他因素的影響，但是對于處于相同工作環境的相同設備，影響程度會保持一致，因此可以利用相互比較法，判斷某一測量數據與其他數據是否存在明顯的差異。如果數據間的差異超過標準范圍，說明該設備存在絕緣缺陷[8]。

（2）趨勢分析法。高電壓設備的老化、磨損等都是持續性的過程，往往需要工作人員進行規律性的分析和總結，因此可以采取趨勢分析法對絕緣材料老化等問題的主要趨勢進行深度解析。

5.4 應用超聲波探測技術

過去針對高電壓設備絕緣材料的老化問題，多數情況下采用油溶解氣體分析技術進行狀態檢修。隨著技術的優化和發展，超聲波探測技術得到發展，該技術相比于其他狀態檢修技術，成本較低、使用效果較理想，可以準確判斷高電壓設備中絕緣材料是否存在缺陷，具備推廣應用價值。

6 結束語

總而言之，高電壓設備絕緣材料的老化現象是電網運行的重要隱患，需要針對絕緣材料老化的原因以及老化趨勢進行深度分析，并以在線監測技術為主，實時監測設備的絕緣狀況，進而保障電力系統的穩定運行。