變電設備高壓電氣試驗危險性探討

魏 巍

（內蒙古通遼市科爾沁區罕山大街國網蒙東供電服務監管中心）

0 引言

高壓電氣試驗是變電設備維護和安全運行的關鍵環節，其目的在于確保電力系統的可靠性和安全性［1］。然而由于高壓電氣試驗的特殊性和復雜性，試驗過程中存在多種危險因素，給試驗人員和設備帶來潛在的安全隱患。本文全面探討變電設備高壓電氣試驗中的危險性，通過分析主要危險因素，提出相應的防控措施，以提高試驗的安全性和可靠性，為電力行業相關人員提供有益的參考，為保障電力系統的安全穩定運行提供重要支持。

1 變電設備高壓電氣試驗概述

1.1 基本原理

高壓電氣試驗是對變電設備進行絕緣強度和耐壓能力評估的關鍵過程，旨在模擬極端電壓條件下設備的響應［2］。試驗過程的核心是應用高于正常運行電壓的電壓，以考驗設備的絕緣材料和構造對電壓應力的承受能力。這種試驗的基本原理基于歐姆定律和法拉第電磁感應定律，通過控制施加電壓的幅度和持續時間，來檢測設備在高電壓沖擊和持續電壓應力下的行為和性能。絕緣耐受試驗和介電強度試驗是此過程中的關鍵組成部分，用于確保變電設備在長期運行過程中不會因絕緣材料的降解或突發高壓事件而導致故障。這些試驗對于保障電力系統的可靠性、防止電氣事故和確保持續供電至關重要，是電力系統安全運行的重要保障［3］。

1.2 試驗類型

在變電設備的高壓電氣試驗中，主要包括幾種關鍵的試驗類型，每種試驗針對設備的不同絕緣和耐壓特性。首先是絕緣耐受試驗（也稱為介電耐壓試驗），其目的是確定設備在長期暴露于高電壓下的絕緣性能。這種試驗通常涉及施加連續的電壓，觀察設備絕緣是否出現擊穿或降解。其次是沖擊耐受試驗，此試驗模擬突發的高電壓沖擊，以評估設備在瞬時高電壓沖擊下的響應和耐受能力。這類試驗通常采用瞬態高壓波形，如標準雷電沖擊波形。最后是局部放電試驗，這是一種用于檢測設備絕緣中微小缺陷的高級技術。局部放電試驗可揭示絕緣內部或表面的微小電氣放電，這些放電雖然微小，但可能預示著絕緣性能的降低或未來的故障風險。每種試驗都采用精確的測試設備和嚴格的程序，以確保結果的準確性和設備安全。

1.3 試驗過程

高壓電氣試驗的過程是一個精密且結構化的操作，涉及到一系列嚴格的步驟和技術要求。首先，進行前期的設備準備和安全檢查，確保所有測試儀器和變電設備處于理想狀態。試驗開始時，設備首先被安置在專門的試驗室內，以隔離外部干擾和確保安全。接著，高壓試驗設備，如高壓發生器和測量系統，被連接到待測設備上。在應用高壓之前，進行一系列預測試以校準儀器并驗證系統的完整性，隨后按照預定程序逐漸增加電壓，達到所需的測試電壓水平。這個過程中，持續監控設備的電氣響應，如電流、電壓和任何異常放電現象，對于不同類型的試驗（如絕緣耐受試驗或局部放電試驗），電壓的施加方式和持續時間會有所不同。整個試驗過程中，數據記錄設備會持續捕捉和記錄關鍵的測試數據，以便后續分析。

1.4 安全與合規性

在進行高壓電氣試驗時，安全與合規性是一切工作的前提和保障。首先，必須遵守國家和國際標準，確保試驗的標準化和可靠性。試驗包括使用符合規定的測試方法、設備以及確保試驗環境的安全。特別要關注個人防護設備的使用，如絕緣手套和防護眼鏡，以及確保所有參與人員都經過適當的安全培訓［4］。

安全操作程序（SOP）的建立和遵循是確保試驗過程安全的關鍵。這涉及到詳細的試驗前準備、安全檢查、風險評估和應急預案。試驗中的電壓控制和監測應嚴格執行，以防止意外高壓放電和設備損壞。此外，試驗區域的安全隔離、適當的標識和訪問控制也是必要的，以防止非授權人員進入高風險區域。

2 變電設備高壓電氣試驗的主要危險因素

2.1 電氣危險因素分析

2.1.1 電氣沖擊

電氣沖擊是由于人體直接接觸高電壓而發生的，可能導致嚴重的生理損傷或死亡。這種風險在高壓電氣試驗中尤為顯著，因為試驗涉及的電壓遠高于安全閾值。電氣沖擊的后果取決于電流強度、接觸時間和電流通過人體的路徑。

2.1.2 電弧放電

電弧放電發生在電流穿過空氣或其他介質，從一個導體跳躍到另一個導體時。這種現象可能導致極高溫度，引發火災或燒傷。電弧放電通常由設備絕緣失效、不當操作或設備缺陷引起。

2.1.3 過電壓/過電流

過電壓可能導致絕緣材料突然擊穿，而過電流會引起設備過熱和潛在的火災。這些現象可能由設備故障、錯誤的電壓設置或電網波動引起。長期的過電壓或過電流還可能導致設備性能降低和壽命縮短。

2.1.4 電磁干擾（EMⅠ）

高壓電氣試驗產生的強電磁場可能干擾周圍的電子設備，導致設備故障或數據損失。對于醫療植入物如心臟起搏器等敏感設備，電磁干擾尤其危險。管理這種風險需要保持適當的距離，并采用屏蔽和濾波技術。

2.2 環境與操作危險因素

2.2.1 試驗環境條件

試驗環境的溫度、濕度和氣壓對設備性能和安全性有顯著影響。例如，高濕度可能導致絕緣材料的性能降低，增加漏電和短路的風險。極端的溫度條件可能影響設備部件的機械特性，導致故障或損壞。

2.2.2 操作人員技能與行為

操作人員的專業技能和操作行為對試驗安全至關重要。不熟悉操作流程、忽視安全規程或錯誤操作設備都可能導致嚴重后果。因此，對操作人員進行充分的培訓和定期的技能復核是必要的。

2.2.3 設備使用與維護

設備的正確使用和定期維護是保證試驗安全的關鍵。使用不當的設備或忽略設備維護可能導致設備故障，增加安全風險。應定期檢查和保養設備，確保所有設備均符合安全標準和性能要求。

2.2.4 應急響應

試驗過程中可能出現意外情況，因此具備有效的應急響應能力非常重要。這包括事故預防措施、緊急情況下的操作程序和快速反應機制。缺乏應急準備可能導致事故擴大，造成更嚴重的損害和傷害。

2.3 設備故障危險因素

2.3.1 設計缺陷

設計缺陷是導致設備故障的一個主要原因。如果設備設計不符合實際應用的電氣壓力或環境條件，可能導致絕緣失效、電氣短路或機械部件損壞。這要求設計過程中嚴格遵循工程標準和安全規范，確保設計的可靠性和安全性。

2.3.2 材料疲勞與老化

隨著時間的推移，設備中的材料可能會發生疲勞和老化。這可能導致絕緣性能下降，增加短路和電氣火災的風險。定期檢查和更換老化的部件是預防這類問題的關鍵。

2.3.3 操作失誤

操作失誤是導致設備故障的另一個重要因素。例如，過載操作、錯誤連接設備或不當使用測試儀器都可能導致設備損壞。確保操作人員的專業培訓和對操作程序的嚴格遵守是減少操作失誤的關鍵。

2.3.4 維護不足

設備的定期維護和檢查對于預防故障至關重要。忽視設備的定期檢查和保養可能導致問題積累，增加故障的風險。制定和遵循一套全面的維護計劃，能夠及時發現并解決潛在的故障點。

3 危險性分析方法與實施

3.1 危險性分析方法論

3.1.1 風險評估矩陣公式

在變電設備高壓電氣試驗中，一種常用的危險性分析方法是利用風險評估矩陣，結合概率與嚴重性評級來定量分析風險［5］。風險評估矩陣通常遵循以下公式：

式中：R代表風險值（Risk Vаluе），它是一個量化指標，用于表示特定危險的整體風險水平；P表示概率評級（Probаbility Rаting），它評估某一事件發生的可能性。這個評級可以從1（非常罕見）到5（幾乎必然發生）范圍內進行評定；S表示嚴重性評級（Sеvеrity Rаting），它評估如果該事件發生，可能導致的后果嚴重程度。這個評級同樣從1（影響微乎其微）到5（后果極其嚴重）。

3.1.2 變電設備高壓電氣試驗中的應用

在進行高壓電氣試驗時，使用這個公式可以幫助識別和量化不同危險因素的風險。例如，考慮到一個設備可能由于高壓沖擊而故障的風險，評估其發生的概率（假設為3，即“可能發生”）和如果發生可能導致的嚴重性（假設為4，即“嚴重傷害或設備損毀”），該風險的風險值為12（3×4），表明它是一個高優先級的風險點，需要采取相應的控制措施。

通過對所有識別的危險因素進行類似的評估，可以構建一個風險評估圖，清楚地顯示出哪些風險需要優先考慮，有助于集中資源和注意力在那些可能導致最嚴重后果的危險上，從而有效地提高變電設備高壓電氣試驗的整體安全性。此方法的關鍵在于定期復審和更新風險評估，以反映新的信息、改變的工作環境或技術更新。這種動態評估確保了風險管理措施的時效性和有效性。

3.2 危險性分析實施步驟

圖1 變電設備高壓電氣試驗危險性分析實施步驟流程圖

3.3 危險性分析實施結果

以某220kV變電站為例，進行的變電設備高壓電氣試驗進行了詳細的危險性分析。分析過程基于風險評估矩陣對上文中提及的12個危險因素進行了量化分析和評級，結果如下表1所示。

表1 危險性分析實施結果

從上表可以看出，電氣沖擊、電弧放電、操作失誤和維護不足是被評定為“極高風險”的主要危險因素。這表示在進行高壓電氣試驗時，這些因素需要特別關注，并采取強有力的預防和控制措施。例如，提高操作人員的培訓質量、確保嚴格遵守安全操作規程和實施有效的設備維護計劃。評級為“高”的因素包括過電壓/過電流、操作人員技能與行為、設備使用與維護、設計缺陷以及材料疲勞與老化。這些因素同樣需要采取有效措施進行管理，例如通過使用過電壓保護裝置、定期進行設備檢查和升級以及加強操作人員的技能培訓。對于評級為“中”的危險因素，如電磁干擾（EMⅠ）、試驗環境條件和應急響應，雖然風險相對較低，但仍需進行適當的管理和監控，以防止風險水平上升。

綜上所述，此次危險性分析的實施結果提供了一份關于220kV變電站高壓電氣試驗中可能面臨的主要風險及其嚴重性的清晰畫面，分析結果將指導變電單位技術人員制定更為有效的風險管理策略，確保試驗的安全進行。通過這種系統化和量化的風險評估方法，能夠更有效地識別和緩解潛在的危險，從而保障人員和設備的安全。

4 結束語

變電設備高壓電氣試驗的危險性探討是確保電力系統安全運行的重要組成部分，本文詳細分析了試驗過程中可能遇到的電氣危險、環境和操作危險以及設備故障危險，并提出了危險性分析方法及其實施步驟。研究結果表明，危險性分析是保障變電設備高壓電氣試驗安全的重要手段，對于提高試驗結果的質量和可靠性具有重要意義。未來研究可以進一步關注新的危險因素、更新風險評估方法、加強安全培訓和意識以及引入智能化技術等方面，以保障電力系統的安全穩定運行。