電網高壓試驗分析

葉小剛

（佛山供電局試驗研究所，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過嚴格的試驗,但在裝貨、運輸、存儲、安裝等環節,尤其是電纜終端和中間接頭的現場安裝過程中,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行嚴格的竣工試驗,以后還要定期檢修。因此,為了確保高電壓設備能長期、安全、經濟的運行,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。

1 常見高壓試驗

1.1 局部放電試驗

局部放電試驗是非破壞性試驗項目，目前有兩類試驗方法，一種是以工頻耐壓作為預激磁電壓，降到局部放電試驗電壓(一般為 Um/√3的倍數，變壓器為 1.5倍，互感器為 1.1～1.2倍)，持續時間幾分鐘，測局部放電量；另一種是以Um為預激磁電壓，降到局部放電試驗電壓，持續 1小時，測局部放電量。后一種為變壓器所采用。預激磁電壓是模擬運行中過電壓，預激磁電壓激發的局部放電量不應由局部放電試驗電壓所延續，概念是系統上有過電壓時所激發的局部放電量不會由長期工作電壓所延續。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，變壓器的絕緣結構設計、絕緣件加工與工藝處理、帶電與接地電極表面場強、絕緣介質的承受場強等都要使局部放電量小于規定值來考慮。不能以主、縱絕緣是否放電作為依據。以工頻耐壓作為預激磁電壓時，局部放電試驗電壓的持續時間一般較短，約 1～5分鐘。延長局部放電試驗電壓持續時間對絕緣是較為嚴峻，有時會引起破壞性損壞。以 Um作為預激磁電壓時局部放電試驗電壓持續時間較長，標準要求為 1小時，能承受多長時間與絕緣結構的伏秒特性有關。局部放電量一般與帶電與接地電極表面的場強有關，與電源的頻率無關。試驗地點的背境噪聲要小，電源的局部放電量要隔離。

1.2 截波沖擊試驗

一般是波尾截斷的波形，可用 IEC標準棒狀間隙截斷，也可用多極點火截斷裝置截斷。用多極點火截斷裝置截斷時，可獲得較準的截斷時間，示傷波的截斷時間差異大于 0.15μS，截波沖擊試驗結果就有問題。用棒狀間隙截斷就不易從截斷時間的差異來判斷是否能通過試驗。截波試驗電壓為 110%全波試驗電壓時，如截斷時間小于等于 3μS時，兩者強度相同。與GIS聯的變壓器必須要考慮截波試驗。截波試驗必須與全波試驗交替進行。一般采用負極性截波。

1.3 全波沖擊試驗

正在修訂的 IEC76---3標準，已將全波沖擊試驗列為 Um≥126kV變壓器的出廠試驗項目。要進行突發短路試驗(特殊試驗項目之一)的變壓器，要在短路試驗后作全波沖擊試驗。

2 試驗的分類

2.1 絕緣特性試驗

絕緣特性試驗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,從而判斷絕緣內部有無缺陷。例如測量絕緣電阻、測量絕緣的介質損耗角正切值、絕緣油的物化特性、油中的氣體色譜分析、空載試驗、局部放電的超聲波測量。實踐證明,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

工頻耐壓試驗、感應耐壓試驗、操作波試驗、沖擊試驗等均屬破壞性試驗,它能發現那些危險性較大的集中性缺陷,確保絕緣有一定的等級。缺點是可能會在耐壓試驗時給絕緣造成一定的損傷。耐壓試驗必須在非破壞性試驗之后進行,如果非破壞性試驗已經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行耐壓試驗,以避免不應有的擊穿和經濟損失。

3 絕緣試驗的方法探討

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。

3.1 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。

3.2 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?，F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。

3.3 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。

3.4 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。

4 電氣設備絕緣在線檢測技術的可行性分析

電氣設備在線檢測技術是一種采用運行電壓來對高壓設備絕緣狀況進行試驗的方法，它可以大大提高試驗的真實性與靈敏度，及時發現缺陷。通常在線檢測儀器或系統是由傳感系統、信號采集系統、分析診斷系統所組成。傳感系統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、力學量型、聲參數型、熱參數型和化學量型幾種。信息采集系統是將傳感器的模擬量轉換成數字量進行傳輸，應用數字濾波技術對采集到的信號進行濾波處理，抑制和消除外界干擾和背景噪聲，提取真實信號，并進行信號的還原。分析診斷系統是對所采集的信號進行分析、處理和診斷，從而得到所測電氣設備絕緣的當前狀況，并根據需要進行絕緣診斷和壽命評估。運用的方法有：小波分析技術、神經網絡技術、模糊診斷技術、專家分析技術

5 結語

在線檢測技術必將成為電氣設備絕緣檢測的重要組成部分，它將在很多方面彌補僅靠定期停電預防性試驗所帶來的種種不足，給高壓試驗工作帶來一次質的飛躍。

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