關于高壓電力設備試驗方法及安全措施的探究

陳偉

(四川省電力公司南充電業局，四川 南充，637100)

1.概述

目前電力設備運行事故中很大一部分是絕緣故障，因此，絕緣檢測是電力設備檢測中最重要的方面。絕緣檢測的方法分為在線監測和離線試驗。在線絕緣監測需要對設備絕緣狀況進行數據積累，且需要對系統進行一定程度的變動。離線檢測只要在停電的情況下就能進行，我國目前主要靠離線試驗來進行絕緣檢測。因此，為了確保高電壓設備能長期、安全、經濟運行，必須對設備按設計的規格進行一系列的試驗，絕緣試驗則是其中必不可少的試驗項目，可分為3種情況

1.1 對于高壓電氣設備的制造廠,必須對所有原材料、產品定型以及出廠進行試驗。其目的是檢驗新的高壓電氣設備是否符合有關的技術標準規定,嚴禁不合格的高壓設備出廠；

1.2 對于大修后的設備進行絕緣試驗,其目的是判定設備在維修、運輸過程中是否出現絕緣損傷或性能變化,以及大修后修理部位的質量是否符合原標準；

1.3 對于正在運行中的電氣設備,則定期進行例行的預防性試驗,電力設備以及電纜的現場試驗最重要的是耐壓試驗,由于電纜線路等被試品的等效電容很大,常規耐壓設備無法滿足其試驗容量要求,這也是國內外現場試驗的一個共同難題,傳統的一些方法有些是有效的,但也存在一些問題,比如電纜試驗時加直流高壓的方法實踐證明對油紙絕緣的電纜是合適的,但對高電壓等級的橡塑絕緣電纜是低效而且有害的。

2.絕緣試驗的方法研究

電力電纜、GIS和大型電機等是電力系統的重要設備,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行現場試驗,則需要很大容量的試驗變壓器和低壓試驗電源,這使得現場工頻試驗非常困難,于是,人們不得不研究用其它的試驗方法對其進行試驗。目前,用于現場的試驗系統有工頻交流試驗系統、直流試驗系統、超低頻試驗系統和振蕩電壓試驗系統。

2.1.工頻交流試驗系統

用于工頻交流高電壓試驗的裝置主要由電源控制器、調壓器、升壓變壓器、保護球隙等組成。其中,調壓器主要用來調節工頻試驗電壓的大小和升降速度,試驗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被試品免受過電壓。

此類裝置在工頻試驗中有著重要的作用,但它也存在一些缺點,如對于某些被試品大容量、高電壓的要求,調壓器、升壓變壓器的容量也要相應的增大,這就使這些儀器非常笨重,且所占面積較大,不便運輸,因此對于現場測試就顯得尤為不便。

2.2.直流耐壓試驗系統

早期的直流高壓發生器一般采用工頻高壓經高壓硅堆整流而獲得直流高壓。這種方式因設備體積大、穩定度差、紋波系數高而早已不被采用。現在只見于少數實驗室自制、精度要求不高的場合。在工頻整流技術的基礎上,發展了工頻倍壓整流高壓發生器。其特點是電路簡單,過載能力強,故障率低,但由于是工頻倍壓,一般無閉環反饋,因而高壓穩定度差,且繼電器控制回路的保護動作較慢。

2.3.0.1HZ超低頻交流耐壓試驗系統

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,工頻試驗時所需試驗變壓器的容量也就很大,這導致了試驗設備笨重,現場試驗使用不方便。于是提出采用0.1HZ超低頻試驗裝置,從理論上講,由于容性電流隨著試驗電壓的頻率的降低成正比的減小,因此,0.1Hz超低頻試驗電源的容量僅為工頻時的1/50。這就使試驗電源的重量大大減輕,非常適用于現場試驗。

超低頻(0.1Hz)耐壓試驗仍是交流試驗,推薦用于中壓XLPE絕緣電力電纜試驗。一方面該試驗不會在電纜XLPE絕緣中聚集空間電荷,畸變局部電場。另一方而,該試驗能夠在較低的試驗電壓中發現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。

2.4.高頻震蕩波(OSI)試驗

高頻震蕩波耐壓試驗方法是1990年國際大電網會議第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后現場試驗的新方法,也適用于定期預防性試驗。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方法原理為:通過直流高壓發生器對充電電容C1進行充電,達到預定幅值時使球隙放電,對被試品進行充電,達到預定幅值時球隙停止放電,此時,試品上的試驗電壓通過電感線圈、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kHz數量級的衰減振蕩波電壓。利用高頻振蕩波作為電纜敷設后的交接試驗或預防性試驗,其具有的優缺點如下:

2.4.1.優點

(1)這種方法在現場比較容易地在試品上得到所需的高電壓；(2)所需現場電源容量較小:(3)振蕩波試驗方法對于機械損傷和水樹類型絕緣缺陷的發現效果較好。

2.4.2.缺點

(1)這種裝置需要高壓電抗器、高壓電容和球隙點火控制裝置,從而導致了現場使用比較不方便；(2)高頻振蕩波試驗方法效率不高,對于實際應用中較長電纜線路上高頻電壓波的衰減問題很難解決,即經長距離傳播后電壓波的幅值難以保持；(3)高頻振蕩波試驗與工頻試驗的等效性還需進一步研究解決。

3.高壓試驗安全設計方法

高壓試驗對安全設計具有特殊要求，安全設計是否合理直接關系到高壓試驗的測量準確度和工作人員的安全，因此高壓試驗的安全設計非常必要。通常高壓試驗的安全設計應從接地、防止感應電壓和放電反擊、安全距離和絕緣隔離等方面考慮。

3.1.可靠的接地

高壓試驗必須有良好的接地系統，接地電阻≤0.5Ω，以保證高壓試驗測量準確度和人身安全。在具有良好的接地系統條件下，整個六面屏蔽體試驗室視作一個等電位體。應接地的高壓試驗設備和試品外殼必須良好接地，試驗設備的接地點與被試驗設備的接地點之間應有可靠的金屬性連接。試驗室內所有的金屬架構、固定的金屬安全屏蔽遮欄、采暖水管、工藝循環水管等均須與屏蔽接地網牢固連接，接地點應有明顯可見標志。

高壓試驗設備、試品和動力配電裝置所用的攜帶型接地線應用多股編織裸銅線或外覆透明絕緣層銅質軟絞線或銅帶制成。攜帶型接地線應用專用的線夾固定在導體上，接地線與接地體的連接應用螺栓連接在固定的接地點上。接地線應盡可能短，嚴禁用纏繞法進行接地。在貫通試驗室的一次電纜溝中設置50mm×5mm扁鋼接地排和臨時接地栓，以供高壓試驗設備、試品和動力配電裝置所用的攜帶型接地線就近連接，接地排與屏蔽底板網可靠多點電氣連接。高壓試驗設備和試品上所用的接地線，其截面應能滿足試驗要求，但不得小于4mm2。動力配電裝置上所用的攜帶型接地線，其截面不得小于25mm2。當高壓試驗的六面屏蔽法拉第籠兼作防雷接閃和引下線時，六面屏蔽法拉第籠應與建筑物基礎絕緣，由于在試驗時六面屏蔽體采用一點接地形式，而高壓試驗的建筑防雷是利用多點接地井與接地系統連接，因此在試驗結束后應將各接地井的接地刀閘合上，使六面屏蔽法拉第籠處于多點接地狀態，以滿足防雷接地的要求。

3.2.防止感應電壓和放電反擊的措施

進行高壓試驗時，試驗設備鄰近的其他儀器設備應采用防止感應電壓的措施，將鄰近的其他儀器設備短接并可靠接地。在電容器室設置專用的短路接地井與接地系統連接，試驗室閑置的電容設備應短路接地。

為防止高壓試驗時電磁場影響和地電位升高引起反擊，試驗室應有相應安全技術措施。由于試驗室是一個封閉的六面屏蔽體，在試驗室內可以方便地做到等電位聯結。但在試驗放電的瞬間，六面屏蔽體與建筑周邊會因局部地電位升高而產生電位梯度，因此進入試驗室的高壓電纜應加金屬管保護埋地敷設，金屬保護管的長度不小于15m，每隔5m與接地極連接。處于六面屏蔽法拉第籠周邊及人員出入口應采取均壓或絕緣等減小跨步電壓的措施，接地網均壓環的外緣應閉合，外緣角做成圓弧形；圓弧的半徑不宜小于均壓帶間距的1/2，經常有人出入處鋪設瀝青路面或在地下裝設兩條與接地網相連的"帽檐式"均壓帶。同時對重要的儀器和弱電設備應裝設防止放電反擊和感應電壓的保護裝置。

3.3.安全距離與絕緣隔離

在高壓試驗區周圍應設置遮欄，遮欄的網孔直徑不大于50mm（IP10），其高度不低于2m，并可靠接地。在遮欄上懸掛適當數量的"止步高壓危險"標示牌。試驗中的高壓引線及試驗設備帶電部分至遮欄的距離必須大于表1和表2中所列的數值。

表1 交流和直流試驗安全距離

表2 沖擊試驗（峰值）安全距離

結語

總之，電力設備的高壓試驗是一項高技術復雜工程，它涉及的方面較廣，只有實現現代化的科學管理，才能保證高壓試驗的順利實施。對于高壓試驗的安全設計應從以下方面考慮：可靠的接地；防止感應電壓和放電反擊的措施；保證安全距離和絕緣隔離等。

[1]黎瑞明,王麗昉.電力設備的高壓試驗探討[J].科技創新導報，2008