高电压设备绝缘老化及状态检修技术

牟义革

大唐三门峡发电有限责任公司

1 概述高电压设备绝缘老化

根据当前的实际情况可以看出，绝缘材料在电场中发生老化的规律没有一个科学的理论体系。经过长时间的讨论与研究，大多数专业人士都认为绝缘材料出现电老化的主要原因是由于其初始电压远远小于外部电压，一旦绝缘材料的电场阈值比其所附加的外界电场的阈值大，那么相关的绝缘材料就可以达到理论上的无限寿命。这种观点得到了广泛的认同，但也有部分人士对此报以怀疑的态度，他们认为高电压设备绝缘材料出现电老化和电场阈值并没有多大的关系，其本身就是一个慢慢变化的过程。

1.1 电老化

绝缘体在电场作用下的老化行为没有具体的描述公式，目前普遍采用倒数幂公式L=K/En进行表示，其中K为与具体绝缘材料或电压系统相关的常数，E表示外加电场，n表示电压耐受系数。部分学者认为如果外部施加的电压低于绝缘局部放电起始的电压时，材料就不会有受到电场干扰引起的老化。在恒温的条件下，绝缘体的使用时间趋向于所在电场的阈值，如果绝缘体的外加电场接近或者低于所处电场的阈值，则此绝缘体的使用期限趋于无穷长。此外，当材料的击穿强度远远高于外部施加的电场时，此时的绝缘材料具有较长的寿命，在较长一段时间内不会被电场击穿，具有较强的耐电强度。从非线性电导率的理论出发，电压的电流会引起气穴中气体和表面温度升高，使得绝缘体在外部施加电场的作用下持续老化。

1.2 热老化

高电压设备在运行过程会产生较大的热量，使得绝缘材料的温度升高，最终影响绝缘体的寿命。在其他条件不变的条件下，不同的绝缘体材料受温度影响的程度会有差别。在热量影响下的高电压设备的绝缘老化，从化学角度来看是一种氧化效应，是一个化学氧化反应的过程：InL=InA+B/T。其中A和B都是特定条件下老化反应的常数，L是绝缘体的使用寿命，T是绝对温度。根据公式表明，绝缘介质热老化的程度主要是由温度决定的，绝缘介质的使用寿命与温度关系较大。绝缘介质热老化这一氧化过程也区分了绝缘介质在不同条件下的老化差异。

1.3 多应力联合老化

根据高电压设备的运行实践情况，绝缘体材料的自身属性、外部施加应力的类型和生产过程中的技术手段等都会影响绝缘老化的速度和程度。多应力联合老化是影响高电压设备绝缘寿命的一种普遍形式，高电压设备本身有很多的因素会产生机械应力，主要是旋转设备引起的部分振动，还有金属导体部分热膨胀系数引起的周期性应力和绝缘介质材料承受的交流电场力等。机械应力的表现形式主要是绝缘介质材料长时间使用产生裂纹或者气穴，诱发形成电树枝并生长。对于旋转设备的振动，主要表现为绝缘介质受到电应力、热应力和机械应力三者的同时作用。此外，对于在湿度较大的环境下，湿度会影响到一些敏感潮气的绝缘材料。从本质上探究，影响绝缘老化的主要因素有电应力、热应力、机械应力以及潮气等，都是通过产生化学反应使得绝缘介质老化，因此，可以在化学反应上找到统一的形式表示多应力联合作用使得绝缘材料老化的规律。

2 绝缘检测技术的特点与技术组成

2.1 技术特点

高电压设备绝缘检测技术具有众多显著的特征，一般包括：停电周期大幅减短，在一定程度上减少了控制开关的数量。这一显著的特征能够有效的增加电网供电的稳定性和可靠性，对于整个电力系统来说，其在一定程度上大幅增加了电力系统整体的经济效益。通过绝缘检测技术对高电压设备的绝缘性能实施检测，可以有效避免定期检修造成的资源浪费以及维修时间安排不合理的问题。与此同时，该技术可以及时发现设备中存在的绝缘缺陷问题，并对其进行及时的反馈和检修，保证了检修的高效率，降低维修的成本，增加电力设备正常运行的可靠性。使用检测技术对高电压设备的绝缘性能实施检测，能够为设备的检修计划提高可靠的数据支持，尽可能减少检修过程中停电的次数，这样才能确保设备绝缘性能的稳定性，延长设备的使用时间，同时节省了大量的人力以及物力。

2.2 技术组成

绝缘检测技术一般是由绝缘材料的数据处理技术、通信技术、数据分析技术以及数据收集技术等共同组成。数据的收集技术一般都需要大量的检测传感器的支持，使用传感器对全部绝缘材料的运行状态进行汇总及收集数据，通过特殊的通信技术把收集到的信息与数据传输到系统中。经过系统的数据分析技术将整个线路中绝缘数据进行统一与归纳，之后使用特定的数据处理技术把计算完成的数据储藏在系统制定的区域，供后续工作参考以及借鉴。工作人员通过对数据进行比对与分析，进而发现隐患危险点以及故障原因，从而进行老化故障排除以及维护处理工作。绝缘检测技术实际上就是一种数据滤波技术。在收集到的全部数据中把干扰数据以及无效数据筛选出去，收集有效的数据。使用这种方式对绝缘检测到的信息以及数据进行相关的分析与处理，分析电气设备绝缘材料的使用寿命以及老化程度。在对绝缘材料相关数据进行收集的过程中，这种检测技术的重要组成部分就是收集数据的传感器，因此，选用高精度的传感器特别重要。传感器的灵敏度决定了收集数据的精确性和灵活性，这样才可以保证最终的研究成果是稳定的、正确的。

3 绝缘老化设备状态维修

3.1 状态检修意义

在传统的设备绝缘状况维护中，大部分都是根据定期实验、定期检查来查看、控制、维护和保养设备材料的绝缘老化。但这种方式存在很多问题，对于正常运行的电力设备进行停电实验会造成很大的不变，同时还浪费大量的人力物力财力，对于这种过度维修，在浪费的同时，也可能导致设备出现新的安全隐患。因此，电网现代化设备的实际运行数据成为一个用于预测和评估的重要手段资料，掌握了实际的运行情况，根据数据差异比对，能够有效判断出设备当前运行是否处于故障状况。这样能及时准确的预判设备的绝缘老化状态，有效的给定期维护带来数据支持和重点分析。

3.2 绝缘老化维修的实现

检测技术的可靠性、方便性和准确性为高电压设备的绝缘老化维修工作带来了重要的数据支持。因此根据绝缘材料在不同外界应力和环境影响下老化规律的变化，对高电压设备绝缘材料运行状况进行整理对比，确保及时检测出老化安全隐患。为了更好的掌握绝缘材料的材质特性和受外界应力变化情况，必要的非破坏性试验不可缺少，同时还应该具备全面的理论知识，为高电压设备绝缘性能分析提供理论基础。检测系统的应用中，一项必须解决的问题显得特别突出，那就是在检测中的变量选择。通常来说，不同检测系统的灵敏度不同，选择的监测检验方式也不同。随着科技的发展，超声波探测技术不断应用到设备绝缘老化监测当中，相比传统的油浸故障分析，超声波探测技术更加先进、灵敏和可靠，同时也经济适用。

3.3 绝缘寿命预测

设备运行超过设计使用年限的有很多，通常是如发电机、变压器之类的，在绝缘性能良好的前提下，不出现设备故障、安全隐患的通常都在继续运行。可靠地绝缘寿命预测，能够大大提高电气设备的使用年限。发电机、变压器之类的寿命应该说成是其“绝缘寿命”。通常绝缘年龄增加到一定程度时，绝缘寿命也就走到了尽头，设备必须做出相应处理，否则将会成为重点安全隐患。

结语

综上所述，影响电网运行的重要安全隐患之一就是高电压设备的绝缘老化问题。只有依靠非破坏性试验与在线检测技术为基础，对各种高电压设备的绝缘状况进行实时的检测，对电气设备的发展趋势以及绝缘状况进行精确的反应，才可以有效地避免高电压设备出现安全事故；现场工作人员必须不断的提高自身的学习能力和技术水平，才可以为电网的稳定运行做好足够的保障，为电力企业的发展奠定良好的基础。

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