变电设备高压电气试验危险性探讨

魏 巍

（内蒙古通辽市科尔沁区罕山大街国网蒙东供电服务监管中心）

0 引言

高压电气试验是变电设备维护和安全运行的关键环节，其目的在于确保电力系统的可靠性和安全性［1］。然而由于高压电气试验的特殊性和复杂性，试验过程中存在多种危险因素，给试验人员和设备带来潜在的安全隐患。本文全面探讨变电设备高压电气试验中的危险性，通过分析主要危险因素，提出相应的防控措施，以提高试验的安全性和可靠性，为电力行业相关人员提供有益的参考，为保障电力系统的安全稳定运行提供重要支持。

1 变电设备高压电气试验概述

1.1 基本原理

高压电气试验是对变电设备进行绝缘强度和耐压能力评估的关键过程，旨在模拟极端电压条件下设备的响应［2］。试验过程的核心是应用高于正常运行电压的电压，以考验设备的绝缘材料和构造对电压应力的承受能力。这种试验的基本原理基于欧姆定律和法拉第电磁感应定律，通过控制施加电压的幅度和持续时间，来检测设备在高电压冲击和持续电压应力下的行为和性能。绝缘耐受试验和介电强度试验是此过程中的关键组成部分，用于确保变电设备在长期运行过程中不会因绝缘材料的降解或突发高压事件而导致故障。这些试验对于保障电力系统的可靠性、防止电气事故和确保持续供电至关重要，是电力系统安全运行的重要保障［3］。

1.2 试验类型

在变电设备的高压电气试验中，主要包括几种关键的试验类型，每种试验针对设备的不同绝缘和耐压特性。首先是绝缘耐受试验（也称为介电耐压试验），其目的是确定设备在长期暴露于高电压下的绝缘性能。这种试验通常涉及施加连续的电压，观察设备绝缘是否出现击穿或降解。其次是冲击耐受试验，此试验模拟突发的高电压冲击，以评估设备在瞬时高电压冲击下的响应和耐受能力。这类试验通常采用瞬态高压波形，如标准雷电冲击波形。最后是局部放电试验，这是一种用于检测设备绝缘中微小缺陷的高级技术。局部放电试验可揭示绝缘内部或表面的微小电气放电，这些放电虽然微小，但可能预示着绝缘性能的降低或未来的故障风险。每种试验都采用精确的测试设备和严格的程序，以确保结果的准确性和设备安全。

1.3 试验过程

高压电气试验的过程是一个精密且结构化的操作，涉及到一系列严格的步骤和技术要求。首先，进行前期的设备准备和安全检查，确保所有测试仪器和变电设备处于理想状态。试验开始时，设备首先被安置在专门的试验室内，以隔离外部干扰和确保安全。接着，高压试验设备，如高压发生器和测量系统，被连接到待测设备上。在应用高压之前，进行一系列预测试以校准仪器并验证系统的完整性，随后按照预定程序逐渐增加电压，达到所需的测试电压水平。这个过程中，持续监控设备的电气响应，如电流、电压和任何异常放电现象，对于不同类型的试验（如绝缘耐受试验或局部放电试验），电压的施加方式和持续时间会有所不同。整个试验过程中，数据记录设备会持续捕捉和记录关键的测试数据，以便后续分析。

1.4 安全与合规性

在进行高压电气试验时，安全与合规性是一切工作的前提和保障。首先，必须遵守国家和国际标准，确保试验的标准化和可靠性。试验包括使用符合规定的测试方法、设备以及确保试验环境的安全。特别要关注个人防护设备的使用，如绝缘手套和防护眼镜，以及确保所有参与人员都经过适当的安全培训［4］。

安全操作程序（SOP）的建立和遵循是确保试验过程安全的关键。这涉及到详细的试验前准备、安全检查、风险评估和应急预案。试验中的电压控制和监测应严格执行，以防止意外高压放电和设备损坏。此外，试验区域的安全隔离、适当的标识和访问控制也是必要的，以防止非授权人员进入高风险区域。

2 变电设备高压电气试验的主要危险因素

2.1 电气危险因素分析

2.1.1 电气冲击

电气冲击是由于人体直接接触高电压而发生的，可能导致严重的生理损伤或死亡。这种风险在高压电气试验中尤为显著，因为试验涉及的电压远高于安全阈值。电气冲击的后果取决于电流强度、接触时间和电流通过人体的路径。

2.1.2 电弧放电

电弧放电发生在电流穿过空气或其他介质，从一个导体跳跃到另一个导体时。这种现象可能导致极高温度，引发火灾或烧伤。电弧放电通常由设备绝缘失效、不当操作或设备缺陷引起。

2.1.3 过电压/过电流

过电压可能导致绝缘材料突然击穿，而过电流会引起设备过热和潜在的火灾。这些现象可能由设备故障、错误的电压设置或电网波动引起。长期的过电压或过电流还可能导致设备性能降低和寿命缩短。

2.1.4 电磁干扰（EMⅠ）

高压电气试验产生的强电磁场可能干扰周围的电子设备，导致设备故障或数据损失。对于医疗植入物如心脏起搏器等敏感设备，电磁干扰尤其危险。管理这种风险需要保持适当的距离，并采用屏蔽和滤波技术。

2.2 环境与操作危险因素

2.2.1 试验环境条件

试验环境的温度、湿度和气压对设备性能和安全性有显著影响。例如，高湿度可能导致绝缘材料的性能降低，增加漏电和短路的风险。极端的温度条件可能影响设备部件的机械特性，导致故障或损坏。

2.2.2 操作人员技能与行为

操作人员的专业技能和操作行为对试验安全至关重要。不熟悉操作流程、忽视安全规程或错误操作设备都可能导致严重后果。因此，对操作人员进行充分的培训和定期的技能复核是必要的。

2.2.3 设备使用与维护

设备的正确使用和定期维护是保证试验安全的关键。使用不当的设备或忽略设备维护可能导致设备故障，增加安全风险。应定期检查和保养设备，确保所有设备均符合安全标准和性能要求。

2.2.4 应急响应

试验过程中可能出现意外情况，因此具备有效的应急响应能力非常重要。这包括事故预防措施、紧急情况下的操作程序和快速反应机制。缺乏应急准备可能导致事故扩大，造成更严重的损害和伤害。

2.3 设备故障危险因素

2.3.1 设计缺陷

设计缺陷是导致设备故障的一个主要原因。如果设备设计不符合实际应用的电气压力或环境条件，可能导致绝缘失效、电气短路或机械部件损坏。这要求设计过程中严格遵循工程标准和安全规范，确保设计的可靠性和安全性。

2.3.2 材料疲劳与老化

随着时间的推移，设备中的材料可能会发生疲劳和老化。这可能导致绝缘性能下降，增加短路和电气火灾的风险。定期检查和更换老化的部件是预防这类问题的关键。

2.3.3 操作失误

操作失误是导致设备故障的另一个重要因素。例如，过载操作、错误连接设备或不当使用测试仪器都可能导致设备损坏。确保操作人员的专业培训和对操作程序的严格遵守是减少操作失误的关键。

2.3.4 维护不足

设备的定期维护和检查对于预防故障至关重要。忽视设备的定期检查和保养可能导致问题积累，增加故障的风险。制定和遵循一套全面的维护计划，能够及时发现并解决潜在的故障点。

3 危险性分析方法与实施

3.1 危险性分析方法论

3.1.1 风险评估矩阵公式

在变电设备高压电气试验中，一种常用的危险性分析方法是利用风险评估矩阵，结合概率与严重性评级来定量分析风险［5］。风险评估矩阵通常遵循以下公式：

式中：R代表风险值（Risk Vаluе），它是一个量化指标，用于表示特定危险的整体风险水平；P表示概率评级（Probаbility Rаting），它评估某一事件发生的可能性。这个评级可以从1（非常罕见）到5（几乎必然发生）范围内进行评定；S表示严重性评级（Sеvеrity Rаting），它评估如果该事件发生，可能导致的后果严重程度。这个评级同样从1（影响微乎其微）到5（后果极其严重）。

3.1.2 变电设备高压电气试验中的应用

在进行高压电气试验时，使用这个公式可以帮助识别和量化不同危险因素的风险。例如，考虑到一个设备可能由于高压冲击而故障的风险，评估其发生的概率（假设为3，即“可能发生”）和如果发生可能导致的严重性（假设为4，即“严重伤害或设备损毁”），该风险的风险值为12（3×4），表明它是一个高优先级的风险点，需要采取相应的控制措施。

通过对所有识别的危险因素进行类似的评估，可以构建一个风险评估图，清楚地显示出哪些风险需要优先考虑，有助于集中资源和注意力在那些可能导致最严重后果的危险上，从而有效地提高变电设备高压电气试验的整体安全性。此方法的关键在于定期复审和更新风险评估，以反映新的信息、改变的工作环境或技术更新。这种动态评估确保了风险管理措施的时效性和有效性。

3.2 危险性分析实施步骤

图1 变电设备高压电气试验危险性分析实施步骤流程图

3.3 危险性分析实施结果

以某220kV变电站为例，进行的变电设备高压电气试验进行了详细的危险性分析。分析过程基于风险评估矩阵对上文中提及的12个危险因素进行了量化分析和评级，结果如下表1所示。

表1 危险性分析实施结果

从上表可以看出，电气冲击、电弧放电、操作失误和维护不足是被评定为“极高风险”的主要危险因素。这表示在进行高压电气试验时，这些因素需要特别关注，并采取强有力的预防和控制措施。例如，提高操作人员的培训质量、确保严格遵守安全操作规程和实施有效的设备维护计划。评级为“高”的因素包括过电压/过电流、操作人员技能与行为、设备使用与维护、设计缺陷以及材料疲劳与老化。这些因素同样需要采取有效措施进行管理，例如通过使用过电压保护装置、定期进行设备检查和升级以及加强操作人员的技能培训。对于评级为“中”的危险因素，如电磁干扰（EMⅠ）、试验环境条件和应急响应，虽然风险相对较低，但仍需进行适当的管理和监控，以防止风险水平上升。

综上所述，此次危险性分析的实施结果提供了一份关于220kV变电站高压电气试验中可能面临的主要风险及其严重性的清晰画面，分析结果将指导变电单位技术人员制定更为有效的风险管理策略，确保试验的安全进行。通过这种系统化和量化的风险评估方法，能够更有效地识别和缓解潜在的危险，从而保障人员和设备的安全。

4 结束语

变电设备高压电气试验的危险性探讨是确保电力系统安全运行的重要组成部分，本文详细分析了试验过程中可能遇到的电气危险、环境和操作危险以及设备故障危险，并提出了危险性分析方法及其实施步骤。研究结果表明，危险性分析是保障变电设备高压电气试验安全的重要手段，对于提高试验结果的质量和可靠性具有重要意义。未来研究可以进一步关注新的危险因素、更新风险评估方法、加强安全培训和意识以及引入智能化技术等方面，以保障电力系统的安全稳定运行。