高压电力设备绝缘试验及安全措施探讨

2023-02-27宋桃

科学与信息化 2023年23期

宋桃

广东威恒输变电工程有限公司广东佛山 528200

引言

随着电力工业的快速发展，高压电力设备在能源输送和分配中扮演着至关重要的角色。然而，高压电力设备的安全性和稳定性对电网的运行和人员的生命财产安全至关重要。绝缘作为高压电力设备运行的核心保障，其性能的可靠性和稳定性直接关系到电力系统的运行稳定性与持续性。为确保高压电力设备的运行安全，要对相关的安全措施进行深入探讨，以最大限度地减少高压电力设备故障可能造成的损失。

1 电力设备高压绝缘试验的主要类型

1.1 绝缘电阻试验

绝缘材料具有较高的电阻，因此能有效地阻挡电流的流动。当施加高压电源于绝缘系统时，如果绝缘材料良好，电流的流动会被有效地限制在一个很低的水平上，导致电阻值较大。反之，如果绝缘材料存在缺陷或受损，电流会在绝缘系统中产生漏电现象，导致电阻值降低。测试时施加的高压电源会根据被测试设备的额定电压和设备类型来确定，测试时间也需要合理设置，并且让测试仪器实时监测电阻值的变化，将结果记录下来。绝缘电阻试验在电力设备的生产和运维过程中起着重要作用，它可以帮助生产厂家确认设备绝缘系统的质量，确保设备在交付给用户之前符合相关的安全标准和规范要求[1]。同时，在设备投入运行后，定期进行绝缘电阻试验也是一种有效的维护手段，可以及时发现设备绝缘系统的缺陷和故障，避免因绝缘故障引发的事故和损失。

1.2 绝缘预防性试验

高压电源产生的电场和电压梯度会对绝缘系统产生强烈的电压应力，如果绝缘系统存在缺陷或不足，可能导致电弧放电或绝缘击穿。通过监测电流的变化和放电现象，可以及时发现绝缘系统的异常情况，预防潜在的故障和事故。绝缘预防性试验根据设备的不同类型和用途，可以采用不同的试验方法和参数。例如，对于高压输电线路和变电站设备，可以采用交流高压试验，以模拟系统正常运行时的电压冲击情况。而对于某些特殊设备，如雷电冲击装置、开关设备等，可能需要进行脉冲电压试验，以模拟雷电等意外电压冲击。制造厂家需要验证设备绝缘系统的质量和设计是否符合标准要求，确保设备在交付给用户前达到预期的绝缘性能，避免因绝缘故障而引发的安全隐患和电力系统的连锁故障。

1.3 交流耐压试验

交流耐压试验主要分为耐压试验和耐漏电流试验两个阶段，耐压试验是在一定的试验电压下，观察设备绝缘是否能够承受住高压的作用而不发生击穿现象，测试其绝缘强度。而耐漏电流试验则是在特定电压下，通过测量设备表面的漏电流来评估其绝缘性能，确保漏电流在安全范围内。试验结束后，还需对试验数据进行分析和记录，以便于后续对设备绝缘性能的评估和潜在问题的分析。交流耐压试验对于不同类型的电力设备有不同的要求和标准，例如变压器、断路器、电缆等。因此，在进行试验前，需要仔细研究设备的相关技术规范和标准，确保试验符合相关要求，操作人员在进行试验时也要严格遵守安全操作规程。

2 电力设备高压绝缘试验存在的问题

2.1 触电问题

在高压试验中，电力设备需要承受巨大的电压和电场，如果存在绝缘缺陷，如裂纹、气泡或局部损坏，电场很大可能会出现局部放电现象，加剧绝缘的恶化，甚至引发触电事故。此外，设备的绝缘材料可能存在质量问题，如不合格的绝缘材料或制造工艺不当，也会增加设备在高压环境下发生触电的风险。高压绝缘试验通常在专用试验场地进行，试验设备复杂，环境复杂，如果没有建立完善的安全管理体系，人员在试验过程中会处于高压环境中长时间工作，增加了意外触电的可能性[2]。一旦发生触电情况，如果没有及时有效的紧急救援措施，如缺乏急救人员或应急设备，就会导致严重后果的人身危险事故发生。

2.2 中毒问题

由于试验条件特殊，试验场地通常密封性较好，有毒气体难以及时排出，工作人员长时间暴露在高浓度有毒气体中，极易引发中毒。且高压绝缘试验涉及的设备种类繁多，每种设备的试验气体和条件不同，而工作人员往往需要在短时间内频繁切换试验对象，相关人员无法快速适应不同的有毒气体，增加了中毒的风险。此外，虽然在试验过程中会采取一系列的防护措施，如佩戴防护面具和防护服等，但长时间的高强度工作容易让工作人员疏忽一些细节，导致防护措施的松懈，进而导致有毒气体侵入呼吸系统，引发中毒现象。值得注意的是，有毒气体对人体的损害往往是隐蔽的，工作人员可能在未察觉的情况下逐渐积累有毒物质，使中毒症状逐渐显现，给身体健康带来不可逆转的伤害[3]。

3 绝缘试验的方法研究

随着电力系统的不断发展，电压水平和负荷不断增加，高压设备承受更大电压和电流负荷，绝缘失效可能导致设备故障甚至事故，对人员和设备安全构成潜在威胁。绝缘试验可及早发现设备的绝缘问题，识别潜在风险，及时采取预防和维修措施，避免电气设备损坏或事故的发生。这对于提高电力系统的可靠性、延长设备寿命以及节约维护成本都至关重要。

3.1 工频交流试验系统

该试验系统通常由交流高压发生器、电源变压器、耐压仪表和试验样品组成。在试验过程中，首先将电源变压器与交流高压发生器相连接，形成合适的工频交流高压电源。然后，将试验样品置于试验台上，并将高压电源的输出端与试验样品的绝缘部分连接。逐步调节高压发生器的输出电压，使其逐渐接近设备的额定工作电压值。在试验过程中，通过耐压仪表实时监测试验样品的绝缘电阻，确保其在工频交流高压下表现稳定可靠。

3.2 直流耐压试验系统

直流耐压试验系统是一种用于测试绝缘材料、电气设备和电力系统的关键性能的方法。该系统主要由直流高压发生器、耐压测试设备和数据记录仪组成。在进行直流耐压试验时，首先需要将被测试设备与直流高压发生器连接，并逐步升高电压值，测试设备的绝缘性能将在高压作用下被评估。系统会记录测试过程中的电压值、电流值和时间等关键数据。通过该测试，可以发现绝缘材料的潜在缺陷，如孔洞、裂缝或污秽，以及可能存在的渗漏电流问题。这些问题可能导致设备故障、电气火灾或其他安全隐患，因此直流耐压试验是确保电力系统运行安全稳定的重要手段之一[4]。在进行直流耐压试验时，需要严格遵循操作规程，并确保测试设备和人员的安全。测试前应对设备进行全面检查，防止电气设备本身存在问题导致测试失效或发生事故。测试过程中要严密监控电流和电压值的变化，及时记录数据并进行分析。一旦发现异常情况，应立即停止测试并排除故障。

3.3 0.1Hz超低频交流耐压试验系统

基于超低频交流技术产生0.1Hz频率的交流电压，对被测试设备的绝缘进行检测。其工作原理是在超低频下，绝缘材料的电荷迁移速度较慢，使电压在设备内部更容易分布均匀，有利于发现绝缘缺陷。该测试系统主要包括以下组成部分：首先是超低频交流发生器，其负责产生0.1Hz的交流电压；然后是高压升压器，将电压升高到被测试设备所需的耐压等级。接下来是耐压仪，用于监测设备在耐压测试过程中的电流和电压变化情况；最后是数据记录和分析单元，用于采集测试过程中的数据，并对测试结果进行分析和评估。其优势在于其频率较低，能够更好地检测设备的绝缘性能。由于频率较低，电压在设备内部的分布更加均匀，使得潜在的绝缘缺陷更容易被发现。

3.4 高频震荡波（OSI）试验

使用高频发生器产生频率为数百兆赫兹至几千兆赫兹的高频电场，通过耦合装置将电压施加于被测设备上。试验中通常采用峰值电压来表示试验电压大小，其逐步增加直至达到设定值，以此来检测设备在高频电场下是否出现击穿、泄漏或放电现象。试验的过程中，需要密切观察设备的击穿电压（BDV）和击穿频率，即发生击穿现象的次数。通过记录设备在高频电场下的击穿电压值，工程师可以了解其耐受能力，并据此设定合理的工作电压范围[5]。

4 高压电力设备试验中的安全措施

高压电力设备涉及高电压和大电流，可能导致电击和火灾等严重事故。采取安全措施，如穿戴防护装备、使用遮挡和隔离装置、遵循正确的操作程序等，可以降低事故发生的风险，保护工作人员的生命和健康。

4.1 妥善的接地

接地是在设备与地面之间建立低阻抗的电气连接，以确保任何潜在的电流能够安全地通过地面回流，保护人员和设备免受电击的危险。在试验之前，必须仔细检查和确保所有的接地连接都牢固可靠，没有断路或者松动的现象。设备的接地线应该与可靠的接地系统相连接，这个接地系统通常是通过地下埋设的导体或者接地网与自然地质层相连，确保足够的接地导电面积。在试验过程中，需要严格按照规程操作，确保接地导线良好连接且没有腐蚀，同时还要检测接地电阻，确保其处于安全范围内。当试验设备需要移动时，应首先拆除接地线，并在移动后及时重新建立接地。

4.2 避免放电反击和感应电击的方式

放电反击是指在高压电力设备试验或操作过程中，当电压发生突然变化或设备发生故障时，电荷会瞬间释放，并形成一股强大的电流。感应电击是指在高压电力设备附近，当设备中传输的电流产生变化时，会产生强电磁场。当人体处于这样的电磁场中时，由于电磁感应作用，可能导致人体内产生电流，进而引发触电。在试验过程中，所有参与人员应严格遵守安全操作规程，并严禁在设备带电状态下进行不必要的接触。最好使用遥控设备或机械手来执行试验，以降低直接接触电源的风险。

4.3 做好绝缘隔离

按照《国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）》的要求，必须在试验现场建立符合标准的绝缘隔离区域。严格按照设备的绝缘等级进行试验，不得超出额定电压和电流范围，以确保试验过程中不会产生安全风险。在试验现场，应设置遮拦的网孔，其高度要大于2m，直径则要低于50mm，以防止未经授权人员接近高压设备，避免意外触电事故的发生。

4.4 保持安全距离

最小的安全距离取决于设备的额定电压和试验电流，对于额定电压不超过1000V的设备，可将距离设置在1.5m以上。随着设备的额定电压增加，安全距离也应相应增加。为了更好地保护人员安全，安全距离也可以通过设备额定电压和人体距离的百分比来确定。通常情况下，距离设备越远越安全。在进行高压电力设备试验时，距离设备的最佳实践可能是将人员远离设备的辐射区，确保他们至少在安全距离范围之外。