電網(wǎng)高壓試驗(yàn)分析

葉小剛

（佛山供電局試驗(yàn)研究所，廣東 佛山528000）

前言

目前大量使用高電壓等級的電力電纜在制造廠家已經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn),但在裝貨、運(yùn)輸、存儲、安裝等環(huán)節(jié),尤其是電纜終端和中間接頭的現(xiàn)場安裝過程中,有可能對電纜及附件造成損壞或安裝不正確,因此必須對新的電纜線路進(jìn)行嚴(yán)格的竣工試驗(yàn),以后還要定期檢修。因此,為了確保高電壓設(shè)備能長期、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行,必須對設(shè)備按設(shè)計(jì)的規(guī)格進(jìn)行一系列的試驗(yàn),絕緣試驗(yàn)則是其中必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。

1 常見高壓試驗(yàn)

1.1 局部放電試驗(yàn)

局部放電試驗(yàn)是非破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目，目前有兩類試驗(yàn)方法，一種是以工頻耐壓作為預(yù)激磁電壓，降到局部放電試驗(yàn)電壓(一般為 Um/√3的倍數(shù)，變壓器為 1.5倍，互感器為 1.1～1.2倍)，持續(xù)時(shí)間幾分鐘，測局部放電量；另一種是以Um為預(yù)激磁電壓，降到局部放電試驗(yàn)電壓，持續(xù) 1小時(shí)，測局部放電量。后一種為變壓器所采用。預(yù)激磁電壓是模擬運(yùn)行中過電壓，預(yù)激磁電壓激發(fā)的局部放電量不應(yīng)由局部放電試驗(yàn)電壓所延續(xù)，概念是系統(tǒng)上有過電壓時(shí)所激發(fā)的局部放電量不會由長期工作電壓所延續(xù)。這一方法是使變壓器或互感器在 Um/√3長期工作電壓下無局部放電量，以保證變壓器能安全運(yùn)行，使局部放電起始電壓與局部放電熄滅電壓都能高于 Um/√3。因此，變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、絕緣件加工與工藝處理、帶電與接地電極表面場強(qiáng)、絕緣介質(zhì)的承受場強(qiáng)等都要使局部放電量小于規(guī)定值來考慮。不能以主、縱絕緣是否放電作為依據(jù)。以工頻耐壓作為預(yù)激磁電壓時(shí)，局部放電試驗(yàn)電壓的持續(xù)時(shí)間一般較短，約 1～5分鐘。延長局部放電試驗(yàn)電壓持續(xù)時(shí)間對絕緣是較為嚴(yán)峻，有時(shí)會引起破壞性損壞。以 Um作為預(yù)激磁電壓時(shí)局部放電試驗(yàn)電壓持續(xù)時(shí)間較長，標(biāo)準(zhǔn)要求為 1小時(shí)，能承受多長時(shí)間與絕緣結(jié)構(gòu)的伏秒特性有關(guān)。局部放電量一般與帶電與接地電極表面的場強(qiáng)有關(guān)，與電源的頻率無關(guān)。試驗(yàn)地點(diǎn)的背境噪聲要小，電源的局部放電量要隔離。

1.2 截波沖擊試驗(yàn)

一般是波尾截?cái)嗟牟ㄐ?，可?IEC標(biāo)準(zhǔn)棒狀間隙截?cái)?，也可用多極點(diǎn)火截?cái)嘌b置截?cái)唷Ｓ枚鄻O點(diǎn)火截?cái)嘌b置截?cái)鄷r(shí)，可獲得較準(zhǔn)的截?cái)鄷r(shí)間，示傷波的截?cái)鄷r(shí)間差異大于 0.15μS，截波沖擊試驗(yàn)結(jié)果就有問題。用棒狀間隙截?cái)嗑筒灰讖慕財(cái)鄷r(shí)間的差異來判斷是否能通過試驗(yàn)。截波試驗(yàn)電壓為 110%全波試驗(yàn)電壓時(shí)，如截?cái)鄷r(shí)間小于等于 3μS時(shí)，兩者強(qiáng)度相同。與GIS聯(lián)的變壓器必須要考慮截波試驗(yàn)。截波試驗(yàn)必須與全波試驗(yàn)交替進(jìn)行。一般采用負(fù)極性截波。

1.3 全波沖擊試驗(yàn)

正在修訂的 IEC76---3標(biāo)準(zhǔn)，已將全波沖擊試驗(yàn)列為 Um≥126kV變壓器的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。要進(jìn)行突發(fā)短路試驗(yàn)(特殊試驗(yàn)項(xiàng)目之一)的變壓器，要在短路試驗(yàn)后作全波沖擊試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)的分類

2.1 絕緣特性試驗(yàn)

絕緣特性試驗(yàn)是指在較低的電壓下或是用其它不會損傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性,從而判斷絕緣內(nèi)部有無缺陷。例如測量絕緣電阻、測量絕緣的介質(zhì)損耗角正切值、絕緣油的物化特性、油中的氣體色譜分析、空載試驗(yàn)、局部放電的超聲波測量。實(shí)踐證明,此類方法是有效的,但尚不能僅靠它來判斷絕緣的耐壓等級。

2.2 絕緣耐壓試驗(yàn)

工頻耐壓試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、操作波試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等均屬破壞性試驗(yàn),它能發(fā)現(xiàn)那些危險(xiǎn)性較大的集中性缺陷,確保絕緣有一定的等級。缺點(diǎn)是可能會在耐壓試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷。耐壓試驗(yàn)必須在非破壞性試驗(yàn)之后進(jìn)行,如果非破壞性試驗(yàn)已經(jīng)表明絕緣存在不正常情況,則必須查明原因并加以消除后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn),以避免不應(yīng)有的擊穿和經(jīng)濟(jì)損失。

3 絕緣試驗(yàn)的方法探討

電力電纜、GIS和大型電機(jī)等是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備,由于其具有較大的電容量,如用50Hz工頻電壓對它們的主絕緣進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),則需要很大容量的試驗(yàn)變壓器和低壓試驗(yàn)電源,這使得現(xiàn)場工頻試驗(yàn)非常困難,于是,人們不得不研究用其它的試驗(yàn)方法對其進(jìn)行試驗(yàn)。目前,用于現(xiàn)場的試驗(yàn)系統(tǒng)有工頻交流試驗(yàn)系統(tǒng)、直流試驗(yàn)系統(tǒng)、超低頻試驗(yàn)系統(tǒng)和振蕩電壓試驗(yàn)系統(tǒng)。

3.1 工頻交流試驗(yàn)系統(tǒng)

用于工頻交流高電壓試驗(yàn)的裝置主要由電源控制器、調(diào)壓器、升壓變壓器、保護(hù)球隙等組成。其中,調(diào)壓器主要用來調(diào)節(jié)工頻試驗(yàn)電壓的大小和升降速度,試驗(yàn)變壓器用來升高電壓供給被試品所需的高電壓,球隙測壓器用來測量高電壓或保護(hù)被試品免受過電壓。此類裝置在工頻試驗(yàn)中有著重要的作用,但它也存在一些缺點(diǎn),如對于某些被試品大容量、高電壓的要求,調(diào)壓器、升壓變壓器的容量也要相應(yīng)的增大,這就使這些儀器非常笨重,且所占面積較大,不便運(yùn)輸,因此對于現(xiàn)場測試就顯得尤為不便。

3.2 直流耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)

早期的直流高壓發(fā)生器一般采用工頻高壓經(jīng)高壓硅堆整流而獲得直流高壓。這種方式因設(shè)備體積大、穩(wěn)定度差、紋波系數(shù)高而早已不被采用?，F(xiàn)在只見于少數(shù)實(shí)驗(yàn)室自制、精度要求不高的場合。在工頻整流技術(shù)的基礎(chǔ)上,發(fā)展了工頻倍壓整流高壓發(fā)生器。其特點(diǎn)是電路簡單,過載能力強(qiáng),故障率低,但由于是工頻倍壓,一般無閉環(huán)反饋,因而高壓穩(wěn)定度差,且繼電器控制回路的保護(hù)動作較慢。

3.3 0.1HZ超低頻交流耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)

由于直流耐壓存在與交流耐壓等效性問題,考慮到有些被試品的電容量很大,工頻試驗(yàn)時(shí)所需試驗(yàn)變壓器的容量也就很大,這導(dǎo)致了試驗(yàn)設(shè)備笨重,現(xiàn)場試驗(yàn)使用不方便。于是提出采用0.1HZ超低頻試驗(yàn)裝置,從理論上講,由于容性電流隨著試驗(yàn)電壓的頻率的降低成正比的減小,因此,0.1Hz超低頻試驗(yàn)電源的容量僅為工頻時(shí)的1/50。這就使試驗(yàn)電源的重量大大減輕,非常適用于現(xiàn)場試驗(yàn)。超低頻(0.1Hz)耐壓試驗(yàn)仍是交流試驗(yàn),推薦用于中壓XLPE絕緣電力電纜試驗(yàn)。一方面該試驗(yàn)不會在電纜XLPE絕緣中聚集空間電荷,畸變局部電場。另一方而,該試驗(yàn)?zāi)軌蛟谳^低的試驗(yàn)電壓中發(fā)現(xiàn)電纜絕緣水樹枝老化等缺陷,故其對XLPE絕緣的損害程度較小。

3.4 高頻震蕩波(OSI)試驗(yàn)

高頻震蕩波耐壓試驗(yàn)方法是1990年國際大電網(wǎng)會議第21.09.1工作組推薦的適用于高壓聚合物絕緣電力電纜敷設(shè)后現(xiàn)場試驗(yàn)的新方法,也適用于定期預(yù)防性試驗(yàn)。目前,此方法主要用于110kV及以上的高壓電纜。高頻震蕩波耐壓試驗(yàn)方法原理為:通過直流高壓發(fā)生器對充電電容C1進(jìn)行充電,達(dá)到預(yù)定幅值時(shí)使球隙放電,對被試品進(jìn)行充電,達(dá)到預(yù)定幅值時(shí)球隙停止放電,此時(shí),試品上的試驗(yàn)電壓通過電感線圈、被試品電纜(Cx),電阻Rl,R2形成振蕩放電回路,從而在試品上得到的電壓是一個(gè)kHz數(shù)量級的衰減振蕩波電壓。

4 電氣設(shè)備絕緣在線檢測技術(shù)的可行性分析

電氣設(shè)備在線檢測技術(shù)是一種采用運(yùn)行電壓來對高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行試驗(yàn)的方法，它可以大大提高試驗(yàn)的真實(shí)性與靈敏度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷。通常在線檢測儀器或系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、分析診斷系統(tǒng)所組成。傳感系統(tǒng)是用來感知所需要的電氣參量和非電氣參量，目前常用的傳感器有：電磁型、力學(xué)量型、聲參數(shù)型、熱參數(shù)型和化學(xué)量型幾種。信息采集系統(tǒng)是將傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行傳輸，應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)對采集到的信號進(jìn)行濾波處理，抑制和消除外界干擾和背景噪聲，提取真實(shí)信號，并進(jìn)行信號的還原。分析診斷系統(tǒng)是對所采集的信號進(jìn)行分析、處理和診斷，從而得到所測電氣設(shè)備絕緣的當(dāng)前狀況，并根據(jù)需要進(jìn)行絕緣診斷和壽命評估。運(yùn)用的方法有：小波分析技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊診斷技術(shù)、專家分析技術(shù)

5 結(jié)語

在線檢測技術(shù)必將成為電氣設(shè)備絕緣檢測的重要組成部分，它將在很多方面彌補(bǔ)僅靠定期停電預(yù)防性試驗(yàn)所帶來的種種不足，給高壓試驗(yàn)工作帶來一次質(zhì)的飛躍。

[1]許乃峰.試論電網(wǎng)高壓試驗(yàn)的方法與安全措施.黑龍江科技信息,2010年3期.