高电压设备绝缘老化及绝缘检修策略研究

2023-01-04曹小连

光源与照明 2022年1期

曹小连

厦门ABB开关有限公司，福建厦门 361101

0 引言

在高电压设备的运行过程中，运行系统长时间受到高压、外部环境等因素的影响，易造成设备绝缘老化，严重时会造成电力系统供电中断。

为了保证设备的正常运行，需要针对高压电气设备的绝缘情况进行状态检修。在此过程中，相关工作人员需要掌握绝缘老化的主要类型，并根据高电压设备运行的实际情况，合理选择检修技术，针对高电压设备进行定期检查。一旦出现故障，应立即采取科学的检修措施，保证设备的正常运行，保证电网处于稳定的运行状态[1]。

1 高电压设备绝缘老化的主要类型

1.1 多应力联合老化

在研究高电压设备的绝缘性能时，需要重点分析设备所用绝缘材料的外应力类型和材料的基本特性，以帮助工作人员掌握电压设备中绝缘材料老化的基本规律。通常情况下，不同的绝缘材料受到环境影响会产生不同的老化现象，材料的特性与其使用过程中受外界因素干扰的程度直接相关。现阶段，在高电压设备使用的材料中，外加应力的类型较多，外加应力对不同绝缘材料的影响不尽相同。在多种外加应力的作用下，可能会导致绝缘材料出现裂缝或气穴。同时，如果绝缘材料长期暴露在湿度较高的工作环境中，材料老化速度会加快；绝缘材料对温度较敏感，工作环境的温度过高或过低都会影响材料的使用寿命。加强对外在应力对绝缘材料影响的研究，可以帮助工作人员采取有效的应对措施，避免外在因素导致的绝缘材料老化[2]。

1.2 电老化

多数高电压设备的绝缘材料都可以实现局部放电，这可能会导致绝缘材料出现局部绝缘击穿，使绝缘材料的绝缘性能受到破坏，发生电老化。随着高电压设备使用时间的增加，老化范围会进一步扩大，使绝缘材料的绝缘性能严重下降。

根据高电压设备材料的实际使用情况，如果绝缘材料局部放电时产生的电压大于外施电压，绝缘材料不会因为电场的变化出现老化。从这个角度出发，工作人员可以通过电击穿的强度判断绝缘材料是否存在电老化。

1.3 热老化

高电压设备在长期运行的过程中，会产生较大的热量，使绝缘材料的温度升高。绝缘材料对温度较敏感，长期处于高温工作环境会严重损害绝缘材料的质量及使用寿命。

根据“10 ℃法则”，如果绝缘材料所处工作环境的温度升高10 ℃，绝缘材料的使用寿命会缩减为原来的一半。虽然该理论可能会受到绝缘材料本身材质的影响，与实际情况存在差异，但是温度过高对于绝缘材料的寿命依然具有较大的负面影响[3]。有研究人员认为，绝缘材料出现热老化现象的主要原因是绝缘材料与空气发生氧化还原反应，在反应过程中产生了热量，导致绝缘材料出现热老化，在电导能力不断增强的过程中，会造成热击穿。

2 高电压设备绝缘检修技术的发展现状

高电压设备绝缘检修技术属于电气工程领域的技术，其主要针对高电压设备的绝缘体结构开展防护以及优化工作。使用气体放电等绝缘检修技术，可以有效检测高电压设备的绝缘性能，研究绝缘检修技术可以推动电气行业的持续发展。在传统的绝缘检修中，多使用电工陶瓷充当高电压设备的外绝缘材料。电工陶瓷的降温性能和电气性能良好，并且具备较强的机械能力，可以使电力生产工作系统处于稳定的工作环境。但是电工陶瓷的抗冲击能力较弱，在实际应用中容易导致高电压设备出现故障，严重时可能造成安全事故。随着技术的不断发展，现阶段已经有多种可以有效代替电工陶瓷的绝缘材料被广泛应用在电气设备中。例如，新型复合绝缘技术主要采用有机材料作为高电压设备的绝缘材料，其不仅具备有机材料的优良性能，同时具有较高的环境适应性，可以保证设备在运行过程中的稳定性。

3 高电压设备绝缘检修技术的应用优势

3.1 缩短停电周期、减少停电次数

当设备出现故障时，使用绝缘检修技术可以缩短停电周期。使用绝缘检修技术可以减少控制开关的数量，进而提升电网供电的稳定性；可以在检修过程中减少停电次数，进而延长高电压设备的使用寿命[4]。

3.2 提高检修效率

通常情况下，企业会组织管理小组检查高电压设备的运行情况。但是部分企业缺少完善的检修制度，工作人员在检修工作中未能合理规划高电压设备的检修，检修工作的质量也无法得到保证。利用绝缘检修技术检修高电压设备的绝缘性能，可以有效避免上述问题。绝缘检修技术可以帮助检修人员及时发现高电压设备中存在的绝缘问题，协助检修人员分析和反馈电气设备的运行情况，辅助检修人员选择正确的检修手段，提升检修工作的效率，进而降低高电压设备的维护成本，提升整个电力系统的运行可靠性。

3.3 为检修方案的制订提供参考

绝缘检修技术的应用，可以为高电压设备检修方案的制订提供数据基础。工作人员可以根据绝缘检修得出的各项数据信息合理规划高电压设备的后续检修方案。对于电力系统的运行，绝缘检修技术的应用不仅可以增加系统的运行效率，同时可以降低经济成本，提升企业的经济效益。

4 高电压设备绝缘检修技术的应用要点

绝缘检修涉及的技术较多，主要包括数据采集技术、通信技术、数据分析处理技术等。在应用绝缘检修技术时，可以通过相关设备和信息系统收集高电压设备的数据，并利用系统自带的筛选功能去除无效数据，重点收集有效数据，然后将数据信息和分析结果直接存储在信息系统中，便于工作人员利用数据信息开展维护管理工作。

绝缘检修技术应用过程中的关键装置是传感器，传感器可以收集信息数据。选择传感器时，需要重点关注传感器的灵敏度，以及在收集数据方面的精确性，以保障数据收集和分析结果符合实际情况。

具体应用流程：通过传感器收集、汇总高电压设备绝缘材料的运行情况，并通过通信技术将相关信息传入数据系统；系统在收到绝缘材料运行情况的数据之后，会对数据信息进行处理计算，并通过指定的数据处理技术将完成计算的相关数据统一存储在指定区域，工作人员在开展高电压设备绝缘检修时，可以直接通过数据系统调取相关数据信息；相关工作人员根据数据分析结果，通过人为数据比对，可以及时发现高电压设备运行过程中的潜在危险源，以及出现故障的根本原因，并以此为依据，排除设备中的老化故障，制订科学的维护处理方案[5]。

5 高电压设备绝缘检修策略

5.1 科学延长设备的绝缘寿命

采取有效手段延长高电压设备绝缘材料的使用寿命是绝缘检修工作的重点内容。各种高电压设备在出厂后都会明确规定使用年限，但是在实际生产过程中，设备的实际运行时间往往高于规定的使用年限。例如，一些企业在应用变压器、发电机等设备时，经常存在设备运行时间超过设备规定的使用时间的情况。如果设备的绝缘性能较优异，可以继续使用，但需做好定期检修工作，消除设备中的安全隐患[6]。

工作人员需要明确掌握各种高电压设备的使用年限，并根据使用年限预测使用寿命。针对使用时间未超过使用年限的设备，可以根据设备运行情况进一步优化设备的绝缘性能，同时维修或更换设备中出现故障的零部件；对于使用时间超过使用年限的设备，工作人员需要重点掌握设备的实际运行情况，增加绝缘性能检修工作的频率。使用寿命的延长需要建立在科学和安全的基础上，当设备的使用时间超过一定期限时，需要立即更换，避免设备在运行过程中出现安全事故。

5.2 应用有机绝缘材料

随着技术水平的不断提升，针对高电压设备绝缘性能降低、绝缘材料老化的问题，可以应用有机绝缘材料进行改善。现阶段常用的有机绝缘材料几乎都是高分子聚合物，包括塑料、橡胶、纤维等。其中，塑料的产量较大，被广泛用于电器绝缘领域。有机绝缘材料的来源较为丰富，可以选择的种类较多，具备其他材料无法比拟的优势。当前，应用最广泛的有机绝缘材料是棒形悬式合成绝缘子，电力系统中的多数产品都应用了这一材料，我国在绝缘子材料发展方面已经处于世界领先水平[7]。

5.3 应用在线监测技术

高压电气设备绝缘性能的在线监测技术是指当电器设备处于运行状态时，可以根据工作电压监测绝缘性能的各项参数。该监测技术可以准确监测电气设备在运行状态中的绝缘性能。通常情况下，针对高电压设备出现的绝缘老化问题，可以采取状态检修的方式，以进一步提升绝缘性能监测数据的真实性。通过对绝缘材料的性能监测，工作人员可以根据相关数据分析得到不同高电压设备使用的不同绝缘材料的老化规律，为之后的绝缘性能检修工作提供相关依据。

5.3.1 在线监测技术的功能

在针对高电压设备的绝缘性能进行在线监测时，主要以设备的介损值作为主要参数，可以通过傅里叶变换的方法求解介损值。在线监测技术具备以下功能：可以监测避雷器运行过程中的各种参数，包括阻性电流、容性电流的变化情况，从而掌握绝缘材料的老化情况；可以通过测量电流互感器、耦合电容器等设备的参数，计算介损值，进而了解绝缘材料的受潮情况和老化程度；在线监测技术可以不受电磁干扰的影响，将真实数据传输到监测系统，可以实现信息数据的远程传输、数据共享等。

5.3.2 数据分析方法

利用在线监测技术进行数据分析诊断时，可以采用相互比较法和趋势分析法。

（1）相互比较法。虽然在线监测技术得到的各项数据可能会受到其他因素的影响，但是对于处于相同工作环境的相同设备，影响程度会保持一致，因此可以利用相互比较法，判断某一测量数据与其他数据是否存在明显的差异。如果数据间的差异超过标准范围，说明该设备存在绝缘缺陷[8]。

（2）趋势分析法。高电压设备的老化、磨损等都是持续性的过程，往往需要工作人员进行规律性的分析和总结，因此可以采取趋势分析法对绝缘材料老化等问题的主要趋势进行深度解析。