电力设备热带海岛气候环境试验标准统计分析

赵海龙，许雪冬，黄廷城，郭力

（1.海南电网有限责任公司电力科学研究院，海口 570311； 2.热带智能电网实验室，海口 570311；3.中国电器科学研究院股份有限公司，广州 510663）

引言

电力设备是保障电能安全稳定传输的重要元器件。运行环境对电力设备工作状态及服役寿命有较大影响，如高温、高辐照环境会加速配电自动化终端材料及导线绝缘层老化[1]，热带海岛高温、高湿、高盐雾环境会加剧设备材料腐蚀[2]。为了保障特殊环境地区电力能源的稳定供应，提高电力设备的环境耐久性和服役寿命，有必要对当前电力设备气候环境试验标准进行研究分析。

本文收集了我国23家电力设备质量监督检验中心和实验室的CNAS认证标准，对其中涉及电力设备环境试验的347份标准进行综合分析。标准共涉及249类电力设备检测对象，以及7类气候环境试验，包括高温试验、交变温热试验、恒定温热试验、温度变化试验、盐雾试验、太阳辐射试验、霉菌试验等。分析结果表明，当前电力设备标准仅提出最基本的通过性环境技术要求，尚缺乏电力设备环境耐久性相关技术标准，无法为我国电力行业提供产品长效服役性能方面的技术指导。有必要针对热带海岛特殊服役环境，研究制定电力设备特殊环境试验方法、环境耐久性评价方法等相关标准，保障电力装备在恶劣环境条件下的长期可靠运行。

1 气候环境试验检测对象

为对电力设备气候环境试验标准进行分析，本文首先收集了国家高压电器质量监督检验中心、国家智能电网输配电设备质量监督检验中心等23家电力设备质量监督检验中心和实验室的CNAS认证标准，其中涉及电力设备环境试验的国际、国家、行业标准共347份。

标准共涉及249类电力设备检测对象，本文将其划分为变压器、导线、智能化成套开关设备、绝缘子和避雷器、电力金具、二次智能设备6类，如表1所示。

2 试验方法分析

上述电力设备环境试验标准设计的气候环境试验主要可划分为7类：高温试验、交变温热试验、恒定温热试验、温度变化试验、盐雾试验、太阳辐射试验、霉菌试验等。

2.1 高温试验

试验目的：验证试样在高温条件下的适应性。

依据标准：按GB/T 2423.2-2008的规定进行。

严酷等级：部分电力设备高温试验严酷等级见表2。

高温是影响密封橡胶材料老化的重要因素[3]，热带海岛高温环境下密封橡胶老化容易导致电力设备发生油气渗漏等缺陷，进而危害设备安全稳定运行。因此，有必要进一步完善电力设备高温试验的检测对象，提高特殊环境下高温试验的针对性。

2.2 交变湿热试验

试验目的：验证试样在高湿度与温度循环变化组合且通常在试样表面产生凝露条件下的适应性。

依据标准：按GB/T 2423.4-2008中的规定进行。

严酷等级：部分电力设备交变湿热试验严酷等级见表3。

电力设备凝露的形成机理复杂，不仅与温湿度相关，还与盐雾、霉菌作用有关[4]，当前的试验和评估标准单一，与设备实际运行环境存在明显差异。

2.3 恒定湿热试验

试验目的：验证试样在潮湿环境下的适应性。

依据标准：按GB/T 2423.3-2015中的规定进行。

严酷等级：部分电力设备恒定湿热试验严酷等级见表4。

表1 电力设备分类及其涉及标准数量

表2 部分电力设备高温试验严酷等级

电力设备潮湿环境下的适应性应充分结合特殊环境（如热带海岛环境）因素进行综合模拟试验。

2.4 温度变化试验

试验目的：验证试样耐受环境温度快速变化的能力。

依据标准：按GB/T 2423.22-2012中Na或Nb的规定进行。

试验过程：部分电力设备温度变化试验严酷等级见表5。

电力设备的环境耐受性不仅与温度变化有关，还与太阳辐照、盐雾等因素密切相关，有必要在试验过程中综合考虑。

2.5 盐雾试验

试验目的：考核试样的防腐蚀性能。

依据标准：对暴露于空气中的金属电镀件和化学处理件按GB/T 2423.17-2008规定进行。

表3 交变湿热试验严酷等级

表4 恒定湿热试验严酷等级

表5 温度变化试验严酷等级

试验过程：部分电力设备盐雾试验严酷等级见表6。

热带海岛盐雾中的氯离子会腐蚀破坏高低压电力设备的金属部分，导致机械部件、操作机构卡涩、失灵。当前针对户外关键电力设备金属材料、涂层等防护材料的研究尚未完善[5]，有必要结合盐雾试验明确电工材料的防护水平。

2.6 太阳辐射试验

试验目的：考核试样受太阳辐射影响的程度。

依据标准：按GB/T 2423.24-2013的规定进行。

试验过程：部分电力设备太阳辐射试验严酷等级见表7。

热带海岛环境下的高太阳辐照会引起设备防护涂层失去光泽、变色、粉化、开裂、脱落等，最终导致涂层下的金属发生老化，严重时会造成设备结构破坏。户外关键电力设备种类多、范围广，太阳辐射试验的检测对象亟待完善。

2.7 霉菌试验

试验目的：用于确定试样上长霉对试样特性的影响程度。

依据标准：按GB/T 2423.16-2008的规定进行。

试验过程：部分电力设备霉菌试验严酷等级见表8。

霉菌的生长也与湿度、辐照度等环境因素相关，进而导致设备老化。

除上述通用的环境试验外，一些特殊材料或部件需要进行特定的环境试验。如避雷器需进行二氧化硫试验及密封泄露试验，全介质自承式光缆、高压线路用复合绝缘子以及耐架空导线用纤维增强树脂复合材料芯棒需进行抗紫外线试验，耐腐蚀钢制电缆桥架需进行紫外冷凝试验，聚电缆和光缆绝缘和护套材料需进行空气弹老化和氧弹老化试验。

3 试验标准综合分析

经过对347份电力设备环境试验相关的标准进行综合分析，当前电力设备热带海岛气候环境试验相关标准尚存在一些问题，包括：

1）现行电力设备标准的环境试验大部分仅针对单一环境。腐蚀、老化等现象是温度、湿度、盐雾和太阳辐照等多环境因素综合作用的结果，单一环境试验无法表征各环境因素之间的相互作用，需要多环境因素综合试验方法来更好地模拟特殊环境。

2）现行电力设备标准的环境试验多为通过性环境试验，缺乏环境耐久性技术要求。目前的电力设备环境技术要求主要是确保产品能够在恶劣环境投入使用，但电力设备投入使用后其服役寿命一般要求达到20年以上。电力产品长期在恶劣环境下服役的环境耐久性显得尤为重要，然而国内外尚缺少电力设备环境耐久性相关技术标准，从而无法对电力设备行业提供产品长效服役性能方面的技术指导，也难于确保电力设备在恶劣环境条件下的长期、可靠运行。

3）部分检测对象的试验种类不全，例如缺乏针对热带海岛环境下的智能电网设备盐雾交变试验要求，柱上智能终端、计量装置、杆塔金具等户外设备材料的温度变化、紫外线老化、耐腐蚀气体等试验要求，变电站、线路监测装置的交变湿热、温度变化、盐雾腐蚀等试验要求，对部分电网重要设备及关键材料部件的耐腐蚀性能无法提出准确的评价指标和完善措施，难以验证智能电网设备和材料的环境适应性能力。

表6 盐雾试验严酷等级

表7 太阳辐射试验严酷等级

表8 霉菌试验严酷等级

4）检测对象不齐，现行标准缺乏对电网智能终端、智能电表、计量装置、智能巡检设备、工业监测设备、杆塔钢结构等电网设备和相关材料的相关检测标准。虽然国内外对材料的老化机理和力学性能已有不少研究，但缺乏智能电网设备中的金属材料、绝缘材料、密封材料和主要部件在特殊气候条件下与运行工况、密封介质反应的相关研究。针对智能电网设备和不同材料开展特殊环境下长期带电户外实证试验，对于推进相关标准体系制订工作和验证、提高产品可靠性意义重大。

4 结论与建议

1）当前电力设备气候环境试验大多为单一环境因素试验，难以有效检验电力设备在热带海岛环境下的耐受性。热带海岛地处高温、高湿、高辐照、高盐雾的湿热海洋环境地区，不同环境因素可能发生相互作用，急需通过大量实证试验来研究和验证各种环境因素的相互作用关系，从而提出综合环境试验方法来更真实有效地模拟热带海岛特殊环境条件。

2）目前电力设备标准中提出的环境技术要求都是最基本的通过性环境技术要求。而电力设备的服役寿命要求高，设备在特殊恶劣环境下的耐久性尤为重要。有必要研究电力装备特殊环境耐久性的试验方法和技术要求，为我国电力行业提供设备长效服役性能的技术指导，填补电力设备热带海岛特殊环境耐久性技术标准的空白。