关于高压电力设备试验方法及安全措施的探究

陈伟

(四川省电力公司南充电业局，四川 南充，637100)

1.概述

目前电力设备运行事故中很大一部分是绝缘故障，因此，绝缘检测是电力设备检测中最重要的方面。绝缘检测的方法分为在线监测和离线试验。在线绝缘监测需要对设备绝缘状况进行数据积累，且需要对系统进行一定程度的变动。离线检测只要在停电的情况下就能进行，我国目前主要靠离线试验来进行绝缘检测。因此，为了确保高电压设备能长期、安全、经济运行，必须对设备按设计的规格进行一系列的试验，绝缘试验则是其中必不可少的试验项目，可分为3种情况

1.1 对于高压电气设备的制造厂,必须对所有原材料、产品定型以及出厂进行试验。其目的是检验新的高压电气设备是否符合有关的技术标准规定,严禁不合格的高压设备出厂；

1.2 对于大修后的设备进行绝缘试验,其目的是判定设备在维修、运输过程中是否出现绝缘损伤或性能变化,以及大修后修理部位的质量是否符合原标准；

1.3 对于正在运行中的电气设备,则定期进行例行的预防性试验,电力设备以及电缆的现场试验最重要的是耐压试验,由于电缆线路等被试品的等效电容很大,常规耐压设备无法满足其试验容量要求,这也是国内外现场试验的一个共同难题,传统的一些方法有些是有效的,但也存在一些问题,比如电缆试验时加直流高压的方法实践证明对油纸绝缘的电缆是合适的,但对高电压等级的橡塑绝缘电缆是低效而且有害的。

2.绝缘试验的方法研究

电力电缆、GIS和大型电机等是电力系统的重要设备,由于其具有较大的电容量,如用50Hz工频电压对它们的主绝缘进行现场试验,则需要很大容量的试验变压器和低压试验电源,这使得现场工频试验非常困难,于是,人们不得不研究用其它的试验方法对其进行试验。目前,用于现场的试验系统有工频交流试验系统、直流试验系统、超低频试验系统和振荡电压试验系统。

2.1.工频交流试验系统

用于工频交流高电压试验的装置主要由电源控制器、调压器、升压变压器、保护球隙等组成。其中,调压器主要用来调节工频试验电压的大小和升降速度,试验变压器用来升高电压供给被试品所需的高电压,球隙测压器用来测量高电压或保护被试品免受过电压。

此类装置在工频试验中有着重要的作用,但它也存在一些缺点,如对于某些被试品大容量、高电压的要求,调压器、升压变压器的容量也要相应的增大,这就使这些仪器非常笨重,且所占面积较大,不便运输,因此对于现场测试就显得尤为不便。

2.2.直流耐压试验系统

早期的直流高压发生器一般采用工频高压经高压硅堆整流而获得直流高压。这种方式因设备体积大、稳定度差、纹波系数高而早已不被采用。现在只见于少数实验室自制、精度要求不高的场合。在工频整流技术的基础上,发展了工频倍压整流高压发生器。其特点是电路简单,过载能力强,故障率低,但由于是工频倍压,一般无闭环反馈,因而高压稳定度差,且继电器控制回路的保护动作较慢。

2.3.0.1HZ超低频交流耐压试验系统

由于直流耐压存在与交流耐压等效性问题,考虑到有些被试品的电容量很大,工频试验时所需试验变压器的容量也就很大,这导致了试验设备笨重,现场试验使用不方便。于是提出采用0.1HZ超低频试验装置,从理论上讲,由于容性电流随着试验电压的频率的降低成正比的减小,因此,0.1Hz超低频试验电源的容量仅为工频时的1/50。这就使试验电源的重量大大减轻,非常适用于现场试验。

超低频(0.1Hz)耐压试验仍是交流试验,推荐用于中压XLPE绝缘电力电缆试验。一方面该试验不会在电缆XLPE绝缘中聚集空间电荷,畸变局部电场。另一方而,该试验能够在较低的试验电压中发现电缆绝缘水树枝老化等缺陷,故其对XLPE绝缘的损害程度较小。

2.4.高频震荡波(OSI)试验

高频震荡波耐压试验方法是1990年国际大电网会议第21.09.1工作组推荐的适用于高压聚合物绝缘电力电缆敷设后现场试验的新方法,也适用于定期预防性试验。目前,此方法主要用于110kV及以上的高压电缆。高频震荡波耐压试验方法原理为:通过直流高压发生器对充电电容C1进行充电,达到预定幅值时使球隙放电,对被试品进行充电,达到预定幅值时球隙停止放电,此时,试品上的试验电压通过电感线圈、被试品电缆(Cx),电阻Rl,R2形成振荡放电回路,从而在试品上得到的电压是一个kHz数量级的衰减振荡波电压。利用高频振荡波作为电缆敷设后的交接试验或预防性试验,其具有的优缺点如下:

2.4.1.优点

(1)这种方法在现场比较容易地在试品上得到所需的高电压；(2)所需现场电源容量较小:(3)振荡波试验方法对于机械损伤和水树类型绝缘缺陷的发现效果较好。

2.4.2.缺点

(1)这种装置需要高压电抗器、高压电容和球隙点火控制装置,从而导致了现场使用比较不方便；(2)高频振荡波试验方法效率不高,对于实际应用中较长电缆线路上高频电压波的衰减问题很难解决,即经长距离传播后电压波的幅值难以保持；(3)高频振荡波试验与工频试验的等效性还需进一步研究解决。

3.高压试验安全设计方法

高压试验对安全设计具有特殊要求，安全设计是否合理直接关系到高压试验的测量准确度和工作人员的安全，因此高压试验的安全设计非常必要。通常高压试验的安全设计应从接地、防止感应电压和放电反击、安全距离和绝缘隔离等方面考虑。

3.1.可靠的接地

高压试验必须有良好的接地系统，接地电阻≤0.5Ω，以保证高压试验测量准确度和人身安全。在具有良好的接地系统条件下，整个六面屏蔽体试验室视作一个等电位体。应接地的高压试验设备和试品外壳必须良好接地，试验设备的接地点与被试验设备的接地点之间应有可靠的金属性连接。试验室内所有的金属架构、固定的金属安全屏蔽遮栏、采暖水管、工艺循环水管等均须与屏蔽接地网牢固连接，接地点应有明显可见标志。

高压试验设备、试品和动力配电装置所用的携带型接地线应用多股编织裸铜线或外覆透明绝缘层铜质软绞线或铜带制成。携带型接地线应用专用的线夹固定在导体上，接地线与接地体的连接应用螺栓连接在固定的接地点上。接地线应尽可能短，严禁用缠绕法进行接地。在贯通试验室的一次电缆沟中设置50mm×5mm扁钢接地排和临时接地栓，以供高压试验设备、试品和动力配电装置所用的携带型接地线就近连接，接地排与屏蔽底板网可靠多点电气连接。高压试验设备和试品上所用的接地线，其截面应能满足试验要求，但不得小于4mm2。动力配电装置上所用的携带型接地线，其截面不得小于25mm2。当高压试验的六面屏蔽法拉第笼兼作防雷接闪和引下线时，六面屏蔽法拉第笼应与建筑物基础绝缘，由于在试验时六面屏蔽体采用一点接地形式，而高压试验的建筑防雷是利用多点接地井与接地系统连接，因此在试验结束后应将各接地井的接地刀闸合上，使六面屏蔽法拉第笼处于多点接地状态，以满足防雷接地的要求。

3.2.防止感应电压和放电反击的措施

进行高压试验时，试验设备邻近的其他仪器设备应采用防止感应电压的措施，将邻近的其他仪器设备短接并可靠接地。在电容器室设置专用的短路接地井与接地系统连接，试验室闲置的电容设备应短路接地。

为防止高压试验时电磁场影响和地电位升高引起反击，试验室应有相应安全技术措施。由于试验室是一个封闭的六面屏蔽体，在试验室内可以方便地做到等电位联结。但在试验放电的瞬间，六面屏蔽体与建筑周边会因局部地电位升高而产生电位梯度，因此进入试验室的高压电缆应加金属管保护埋地敷设，金属保护管的长度不小于15m，每隔5m与接地极连接。处于六面屏蔽法拉第笼周边及人员出入口应采取均压或绝缘等减小跨步电压的措施，接地网均压环的外缘应闭合，外缘角做成圆弧形；圆弧的半径不宜小于均压带间距的1/2，经常有人出入处铺设沥青路面或在地下装设两条与接地网相连的"帽檐式"均压带。同时对重要的仪器和弱电设备应装设防止放电反击和感应电压的保护装置。

3.3.安全距离与绝缘隔离

在高压试验区周围应设置遮栏，遮栏的网孔直径不大于50mm（IP10），其高度不低于2m，并可靠接地。在遮栏上悬挂适当数量的"止步高压危险"标示牌。试验中的高压引线及试验设备带电部分至遮栏的距离必须大于表1和表2中所列的数值。

表1 交流和直流试验安全距离

表2 冲击试验（峰值）安全距离

结语

总之，电力设备的高压试验是一项高技术复杂工程，它涉及的方面较广，只有实现现代化的科学管理，才能保证高压试验的顺利实施。对于高压试验的安全设计应从以下方面考虑：可靠的接地；防止感应电压和放电反击的措施；保证安全距离和绝缘隔离等。

[1]黎瑞明,王丽昉.电力设备的高压试验探讨[J].科技创新导报，2008