高壓電力設備絕緣試驗及安全措施探討

宋桃

廣東威恒輸變電工程有限公司 廣東 佛山 528200

引言

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，高壓電力設備在能源輸送和分配中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，高壓電力設備的安全性和穩(wěn)定性對電網(wǎng)的運行和人員的生命財產(chǎn)安全至關(guān)重要。絕緣作為高壓電力設備運行的核心保障，其性能的可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與持續(xù)性。為確保高壓電力設備的運行安全，要對相關(guān)的安全措施進行深入探討，以最大限度地減少高壓電力設備故障可能造成的損失。

1 電力設備高壓絕緣試驗的主要類型

1.1 絕緣電阻試驗

絕緣材料具有較高的電阻，因此能有效地阻擋電流的流動。當施加高壓電源于絕緣系統(tǒng)時，如果絕緣材料良好，電流的流動會被有效地限制在一個很低的水平上，導致電阻值較大。反之，如果絕緣材料存在缺陷或受損，電流會在絕緣系統(tǒng)中產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，導致電阻值降低。測試時施加的高壓電源會根據(jù)被測試設備的額定電壓和設備類型來確定，測試時間也需要合理設置，并且讓測試儀器實時監(jiān)測電阻值的變化，將結(jié)果記錄下來。絕緣電阻試驗在電力設備的生產(chǎn)和運維過程中起著重要作用，它可以幫助生產(chǎn)廠家確認設備絕緣系統(tǒng)的質(zhì)量，確保設備在交付給用戶之前符合相關(guān)的安全標準和規(guī)范要求[1]。同時，在設備投入運行后，定期進行絕緣電阻試驗也是一種有效的維護手段，可以及時發(fā)現(xiàn)設備絕緣系統(tǒng)的缺陷和故障，避免因絕緣故障引發(fā)的事故和損失。

1.2 絕緣預防性試驗

高壓電源產(chǎn)生的電場和電壓梯度會對絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生強烈的電壓應力，如果絕緣系統(tǒng)存在缺陷或不足，可能導致電弧放電或絕緣擊穿。通過監(jiān)測電流的變化和放電現(xiàn)象，可以及時發(fā)現(xiàn)絕緣系統(tǒng)的異常情況，預防潛在的故障和事故。絕緣預防性試驗根據(jù)設備的不同類型和用途，可以采用不同的試驗方法和參數(shù)。例如，對于高壓輸電線路和變電站設備，可以采用交流高壓試驗，以模擬系統(tǒng)正常運行時的電壓沖擊情況。而對于某些特殊設備，如雷電沖擊裝置、開關(guān)設備等，可能需要進行脈沖電壓試驗，以模擬雷電等意外電壓沖擊。制造廠家需要驗證設備絕緣系統(tǒng)的質(zhì)量和設計是否符合標準要求，確保設備在交付給用戶前達到預期的絕緣性能，避免因絕緣故障而引發(fā)的安全隱患和電力系統(tǒng)的連鎖故障。

1.3 交流耐壓試驗

交流耐壓試驗主要分為耐壓試驗和耐漏電流試驗兩個階段，耐壓試驗是在一定的試驗電壓下，觀察設備絕緣是否能夠承受住高壓的作用而不發(fā)生擊穿現(xiàn)象，測試其絕緣強度。而耐漏電流試驗則是在特定電壓下，通過測量設備表面的漏電流來評估其絕緣性能，確保漏電流在安全范圍內(nèi)。試驗結(jié)束后，還需對試驗數(shù)據(jù)進行分析和記錄，以便于后續(xù)對設備絕緣性能的評估和潛在問題的分析。交流耐壓試驗對于不同類型的電力設備有不同的要求和標準，例如變壓器、斷路器、電纜等。因此，在進行試驗前，需要仔細研究設備的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標準，確保試驗符合相關(guān)要求，操作人員在進行試驗時也要嚴格遵守安全操作規(guī)程。

2 電力設備高壓絕緣試驗存在的問題

2.1 觸電問題

在高壓試驗中，電力設備需要承受巨大的電壓和電場，如果存在絕緣缺陷，如裂紋、氣泡或局部損壞，電場很大可能會出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，加劇絕緣的惡化，甚至引發(fā)觸電事故。此外，設備的絕緣材料可能存在質(zhì)量問題，如不合格的絕緣材料或制造工藝不當，也會增加設備在高壓環(huán)境下發(fā)生觸電的風險。高壓絕緣試驗通常在專用試驗場地進行，試驗設備復雜，環(huán)境復雜，如果沒有建立完善的安全管理體系，人員在試驗過程中會處于高壓環(huán)境中長時間工作，增加了意外觸電的可能性[2]。一旦發(fā)生觸電情況，如果沒有及時有效的緊急救援措施，如缺乏急救人員或應急設備，就會導致嚴重后果的人身危險事故發(fā)生。

2.2 中毒問題

由于試驗條件特殊，試驗場地通常密封性較好，有毒氣體難以及時排出，工作人員長時間暴露在高濃度有毒氣體中，極易引發(fā)中毒。且高壓絕緣試驗涉及的設備種類繁多，每種設備的試驗氣體和條件不同，而工作人員往往需要在短時間內(nèi)頻繁切換試驗對象，相關(guān)人員無法快速適應不同的有毒氣體，增加了中毒的風險。此外，雖然在試驗過程中會采取一系列的防護措施，如佩戴防護面具和防護服等，但長時間的高強度工作容易讓工作人員疏忽一些細節(jié)，導致防護措施的松懈，進而導致有毒氣體侵入呼吸系統(tǒng)，引發(fā)中毒現(xiàn)象。值得注意的是，有毒氣體對人體的損害往往是隱蔽的，工作人員可能在未察覺的情況下逐漸積累有毒物質(zhì)，使中毒癥狀逐漸顯現(xiàn)，給身體健康帶來不可逆轉(zhuǎn)的傷害[3]。

3 絕緣試驗的方法研究

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電壓水平和負荷不斷增加，高壓設備承受更大電壓和電流負荷，絕緣失效可能導致設備故障甚至事故，對人員和設備安全構(gòu)成潛在威脅。絕緣試驗可及早發(fā)現(xiàn)設備的絕緣問題，識別潛在風險，及時采取預防和維修措施，避免電氣設備損壞或事故的發(fā)生。這對于提高電力系統(tǒng)的可靠性、延長設備壽命以及節(jié)約維護成本都至關(guān)重要。

3.1 工頻交流試驗系統(tǒng)

該試驗系統(tǒng)通常由交流高壓發(fā)生器、電源變壓器、耐壓儀表和試驗樣品組成。在試驗過程中，首先將電源變壓器與交流高壓發(fā)生器相連接，形成合適的工頻交流高壓電源。然后，將試驗樣品置于試驗臺上，并將高壓電源的輸出端與試驗樣品的絕緣部分連接。逐步調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的輸出電壓，使其逐漸接近設備的額定工作電壓值。在試驗過程中，通過耐壓儀表實時監(jiān)測試驗樣品的絕緣電阻，確保其在工頻交流高壓下表現(xiàn)穩(wěn)定可靠。

3.2 直流耐壓試驗系統(tǒng)

直流耐壓試驗系統(tǒng)是一種用于測試絕緣材料、電氣設備和電力系統(tǒng)的關(guān)鍵性能的方法。該系統(tǒng)主要由直流高壓發(fā)生器、耐壓測試設備和數(shù)據(jù)記錄儀組成。在進行直流耐壓試驗時，首先需要將被測試設備與直流高壓發(fā)生器連接，并逐步升高電壓值，測試設備的絕緣性能將在高壓作用下被評估。系統(tǒng)會記錄測試過程中的電壓值、電流值和時間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過該測試，可以發(fā)現(xiàn)絕緣材料的潛在缺陷，如孔洞、裂縫或污穢，以及可能存在的滲漏電流問題。這些問題可能導致設備故障、電氣火災或其他安全隱患，因此直流耐壓試驗是確保電力系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定的重要手段之一[4]。在進行直流耐壓試驗時，需要嚴格遵循操作規(guī)程，并確保測試設備和人員的安全。測試前應對設備進行全面檢查，防止電氣設備本身存在問題導致測試失效或發(fā)生事故。測試過程中要嚴密監(jiān)控電流和電壓值的變化，及時記錄數(shù)據(jù)并進行分析。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應立即停止測試并排除故障。

3.3 0.1Hz超低頻交流耐壓試驗系統(tǒng)

基于超低頻交流技術(shù)產(chǎn)生0.1Hz頻率的交流電壓，對被測試設備的絕緣進行檢測。其工作原理是在超低頻下，絕緣材料的電荷遷移速度較慢，使電壓在設備內(nèi)部更容易分布均勻，有利于發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。該測試系統(tǒng)主要包括以下組成部分：首先是超低頻交流發(fā)生器，其負責產(chǎn)生0.1Hz的交流電壓；然后是高壓升壓器，將電壓升高到被測試設備所需的耐壓等級。接下來是耐壓儀，用于監(jiān)測設備在耐壓測試過程中的電流和電壓變化情況；最后是數(shù)據(jù)記錄和分析單元，用于采集測試過程中的數(shù)據(jù)，并對測試結(jié)果進行分析和評估。其優(yōu)勢在于其頻率較低，能夠更好地檢測設備的絕緣性能。由于頻率較低，電壓在設備內(nèi)部的分布更加均勻，使得潛在的絕緣缺陷更容易被發(fā)現(xiàn)。

3.4 高頻震蕩波（OSI）試驗

使用高頻發(fā)生器產(chǎn)生頻率為數(shù)百兆赫茲至幾千兆赫茲的高頻電場，通過耦合裝置將電壓施加于被測設備上。試驗中通常采用峰值電壓來表示試驗電壓大小，其逐步增加直至達到設定值，以此來檢測設備在高頻電場下是否出現(xiàn)擊穿、泄漏或放電現(xiàn)象。試驗的過程中，需要密切觀察設備的擊穿電壓（BDV）和擊穿頻率，即發(fā)生擊穿現(xiàn)象的次數(shù)。通過記錄設備在高頻電場下的擊穿電壓值，工程師可以了解其耐受能力，并據(jù)此設定合理的工作電壓范圍[5]。

4 高壓電力設備試驗中的安全措施

高壓電力設備涉及高電壓和大電流，可能導致電擊和火災等嚴重事故。采取安全措施，如穿戴防護裝備、使用遮擋和隔離裝置、遵循正確的操作程序等，可以降低事故發(fā)生的風險，保護工作人員的生命和健康。

4.1 妥善的接地

接地是在設備與地面之間建立低阻抗的電氣連接，以確保任何潛在的電流能夠安全地通過地面回流，保護人員和設備免受電擊的危險。在試驗之前，必須仔細檢查和確保所有的接地連接都牢固可靠，沒有斷路或者松動的現(xiàn)象。設備的接地線應該與可靠的接地系統(tǒng)相連接，這個接地系統(tǒng)通常是通過地下埋設的導體或者接地網(wǎng)與自然地質(zhì)層相連，確保足夠的接地導電面積。在試驗過程中，需要嚴格按照規(guī)程操作，確保接地導線良好連接且沒有腐蝕，同時還要檢測接地電阻，確保其處于安全范圍內(nèi)。當試驗設備需要移動時，應首先拆除接地線，并在移動后及時重新建立接地。

4.2 避免放電反擊和感應電擊的方式

放電反擊是指在高壓電力設備試驗或操作過程中，當電壓發(fā)生突然變化或設備發(fā)生故障時，電荷會瞬間釋放，并形成一股強大的電流。感應電擊是指在高壓電力設備附近，當設備中傳輸?shù)碾娏鳟a(chǎn)生變化時，會產(chǎn)生強電磁場。當人體處于這樣的電磁場中時，由于電磁感應作用，可能導致人體內(nèi)產(chǎn)生電流，進而引發(fā)觸電。在試驗過程中，所有參與人員應嚴格遵守安全操作規(guī)程，并嚴禁在設備帶電狀態(tài)下進行不必要的接觸。最好使用遙控設備或機械手來執(zhí)行試驗，以降低直接接觸電源的風險。

4.3 做好絕緣隔離

按照《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（變電部分）》的要求，必須在試驗現(xiàn)場建立符合標準的絕緣隔離區(qū)域。嚴格按照設備的絕緣等級進行試驗，不得超出額定電壓和電流范圍，以確保試驗過程中不會產(chǎn)生安全風險。在試驗現(xiàn)場，應設置遮攔的網(wǎng)孔，其高度要大于2m，直徑則要低于50mm，以防止未經(jīng)授權(quán)人員接近高壓設備，避免意外觸電事故的發(fā)生。

4.4 保持安全距離

最小的安全距離取決于設備的額定電壓和試驗電流，對于額定電壓不超過1000V的設備，可將距離設置在1.5m以上。隨著設備的額定電壓增加，安全距離也應相應增加。為了更好地保護人員安全，安全距離也可以通過設備額定電壓和人體距離的百分比來確定。通常情況下，距離設備越遠越安全。在進行高壓電力設備試驗時，距離設備的最佳實踐可能是將人員遠離設備的輻射區(qū)，確保他們至少在安全距離范圍之外。

4.5 配置施工人員防護裝備

施工人員必須佩戴符合相關(guān)標準的個人防護裝備，其中，絕緣手套能有效隔離電流，保護手部免受電擊的危險，而絕緣靴則可防止腳部因接觸帶電部件而發(fā)生電擊；絕緣服和防弧服具備阻燃性能，可在不干擾施工作業(yè)的前提下，降低因電弧產(chǎn)生的火焰和熱能對施工人員造成的傷害。

5 結(jié)束語

總而言之，通過絕緣電阻試驗、絕緣預防性試驗、交流耐壓試驗等手段，可以及早發(fā)現(xiàn)設備的絕緣問題，并及時采取預防和維修措施，保障電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。在進行試驗時，必須嚴格遵守安全操作規(guī)程，做好接地、避免放電反擊和感應電擊的方式、保持安全距離、配置施工人員防護裝備等安全措施，確保人員和設備的生命財產(chǎn)安全。