高電壓設備絕緣老化及其狀態檢修技術探討

劉成寶

摘要：電力的廣泛應用為生活和工作帶來更多的便捷，但在長時間應用過程中，高電壓設備同樣會產生絕緣老化的情況，應對其進行有效檢修。該文就高電壓設備絕緣老化及其狀態檢修技術進行探究，簡述設備絕緣老化的類型，并對其具體的檢修技術進行研究和分析，在此基礎上，對設備檢修技術的未來發展進行簡單思考，旨在為相關工作人員提供幾點參考意見。

關鍵詞：高電壓設備絕緣老化檢修故障檢修檢測與監測技術

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）06（b）-0000-00

我國地理面積較為廣泛，在配置高電壓輸電設備時，受到環境因素影響，不同區域設備發生絕緣老化的概率不同，同時高電壓設備發生絕緣老化故障后，會帶來較大的安全隱患，造成資產損失和人員安全問題。因此，應及時進行檢修甚至更換。相關工作人員應結合高電壓設備的實際情況，選擇恰當的方式進行合理檢修，提早發現問題，并避免過度檢修，保障高電壓設備安全、可靠、經濟地運行。

1高電壓設備絕緣老化的危害和類型

1.1危害

正常情況下，高壓設備長期高負荷、惡劣環境下運行，具有特殊的危害性。主要包括人身安全隱患、資產經濟損失等。為保障安全性，在安裝和管理高電壓設備的過程中，一方面，應加強絕緣保護，另一方面，應保持安全距離。在長時間運行的過程中，高電壓設備可能存在絕緣老化的情況，老化后的絕緣層無法有效對高壓電起到良好的絕緣效果，可能造成絕緣擊穿、設備故障、通電故障以及放電故障的情況，不僅對電力運行和控制產生影響，同時還會對人員的生命安全產生較大威脅[1]。

1.2分類

1.2.1貫穿性絕緣故障

在對高電壓設備進行絕緣老化檢測時，其電擊穿強度是設備絕緣材料老化的重要指標。在設備老化的過程中，絕緣的耐受電壓達到臨界值后發生擊穿和局部放電的情況，該處的絕緣材料被擊穿后，整體高電壓設備的絕緣情況受到嚴重不良影響，進而使絕緣失效范圍逐漸增大，使放電現象更加嚴重，使危險也在不斷提升。

1.2.2電、熱老化故障

電老化是由于絕緣材料質量出現故障，其絕緣性能降低，逐漸失去絕緣作用，絕緣材料功能和使用壽命迅速縮短。在絕緣層導電能力逐步提高后，引發熱擊穿情況，進而造成較為嚴重的故障影響。

熱老化故障是由于高電壓設備在運行過程中產生大量熱，未實現有效擴散降溫，絕緣材料長期處于高溫狀態下，其壽命和功能性不斷下降，從而造成熱老化情況。在發生電老化和熱老化后，均會造成局部的放電和擊穿，產生較為嚴重的危險隱患。

1.2.3多應力聯合老化故障

高電壓設備老化的根本原因之一是絕緣材料受到內部和外部等因素的影響，整體結構無法抵抗運行過程中產生的應力，從而產生損壞，產生老化故障的情況。在高電壓設備中，金屬材料受到運行中熱量的影響，膨脹系數增大，同時與高電壓設備運行過程中的震動情況進行結合，造成多應力聯合情況，對絕緣材料的結構產生較大壓力。在該環境中長時間運行，其老化速度逐漸加快，最終形成擊穿故障，進而降低對應力的抵抗效果，使高電壓設備絕緣壽命不斷降低[2]。

1.3狀態檢修的必要性

傳統檢修方式是通過對電力設備進行定期或不定期檢測，實現對故障的預防和檢修恢復，然而這種檢修方式隨著電力設備的快速增長，耗費的人力、物力越來越大，不符合社會的發展需求。應用狀態檢修方式，針對電力設備故障早期產生的局部放電進行檢測與監測，并對高壓局部放電進行模型化試驗處理，如圖1所示，達到檢測與分析診斷相結合的效果。了解實際絕緣老化的部位及其變化情況，堅持“及早察覺、及時處理”以及“防患于未然”，降低絕緣故障帶來的不良影響。

2高電壓設備絕緣狀態檢測技術

2.1傳統離線檢測技術及其優缺點

2.1.1脈沖電流法檢測

當絕緣介質的局部存在缺陷時，工頻高壓激勵下，在缺陷部位的電場強度會出現畸變。當畸變的電場強度高于缺陷部位的耐受場強時，就會形成局部擊穿的情況，產生短時高頻的脈沖電流，那么檢測阻抗端就會形成可用于測量的波形。通過測量電流的強度以及統計相位分布的規律來進行分析和判斷，可以掌握絕緣的變化情況。使用專用設備對電流行波信號進行采集、統計和分析，利用高頻行波在不連續處的反射變化情況進行計算，就開得到故障位置和故障情況[3]。具體見圖2。

脈沖電流檢測分析技術的應用較為準確，但在測試過程中，應對系統和寬帶進行調整，使其適合脈沖速度和特點，否則測量也會受到影響，產生信號誤差情況。

2.2.1電磁波檢測

在使用電磁波進行檢測的過程中，主要利用電磁波傳播距離遠、頻帶寬而高，檢測靈敏度高的特點，使其在對高電壓設備故障情況檢測時更加深入且全面。在高壓設備絕緣產生局部放電現象時，會伴隨電磁波發射的現象，可以利用全向或者定向天線收集空間電磁波并進行檢測。利用分時掃頻，可以捕獲電磁能量聚集的頻段信號。再利用頻譜特征和多通道時域時差參數，對該處信號進行深度的分析，明確是否為高電壓設備絕緣故障。在應用過程中，電磁波可能會受到周圍環境影響，信噪比是解決問題的關鍵。

2.2.2暫態地電壓檢測

暫態地電壓檢測技術是一種新型的檢測方法。在高電壓設備出現局部放電時，其產生不同方向的脈沖電流，電流傳輸過程中產生電磁波，其穿過設備的外部箱體時，會產生暫態電壓，暫態電壓隨著設備外箱流向地下，因此被稱為暫態地電壓。對該電壓進行檢測，記錄電磁波脈沖經過箱體的時間，通過計算來識別故障的具體位置。在結構比較復雜的設備上，電磁波存在多次反射后可能檢測精度造成影響。

2.2.3超聲在線檢測

在絕緣發生局部擊穿時，會伴隨介質振動的現象發生。由于超聲頻段能量較為集中，通過使用專門設備，利用超聲波的定向性來對高電壓設備放電情況進行檢測，可以很好地指示局放發生的位置。在接收超聲波信號的同時時，可以利用外差技術將超聲波信號轉化為音頻信號，同時，在顯示器上展示出其強度，進而便于測量人員評估設備的實際運行情況。在高電壓設備發生放電時，超聲波能夠快速的確定放電源頭。此方法能夠進行在線監測，對高電壓設備無損耗，整體控制和識別效果較為良好。但在實際應用過程中，信號衰減嚴重，容易被環境中的較大幅值的聲波淹沒，濾波和模式識別尤為重要。FDB12A2B-77C8-4C0C-8E5C-661A959BDDB8

2.2.4 UHF在線監測

UHF在線監測技術應用過程中，主要利用UHF傳感器和采集單元IDE以及數據處理服務器構成。在應用過程中，通過特高頻傳感器，對局部放電過程中特定頻段（300～1500MHz）電磁波無線信號進行識別，并將其轉化為電信號，利用服務分析系統進行信號分析，進而實現對局部放電情況的檢測和識別。該技術在應用過程中具有抗干擾能力強，對空氣電暈干擾不敏感以及故障識別效率高等優勢，但受到技術影響，對彈墊、粉塵等造成的故障無法識別，存在一定誤差[4]。

3高電壓設備狀態檢測技術進一步推進的探討

3.1機械振動檢測技術分析

高電壓設備工作時，由于電動力和磁致伸縮等因素影響下同時會存在相對均勻的振動。使用檢測設備對其振動情況進行檢測，在存在絕緣缺陷而存在局部放電時，由于放電的不規則性，會對本體振動的強弱產生影響，使振動存在一定的特異性，對機械狀態的特異性進行分析，就能夠了解局放的情況，從而使局放檢測技術得到有效提升。

3.2紅外波成像技術在局放檢測領域的應用

紅外成像技術是一種新型的高科技手段，通過檢測紅外波段的電磁波，對局部放電情況進行識別和檢測，通過探測儀對比局放位置與正常區域紅外線差，紅外線到達集成光敏元件，通過數據處理，形成有顏色的圖片來顯示溫度分布，從而獲得紅外熱像圖，便于檢測人員對設備局放位置和故障規模等進行識別和分析。紅外成像技術，在圖像化方面使得現代化局放檢測手段得到了有效的擴展。

3.3聲學檢測設備在局放檢測中的應用

聲學成像技術，主要利用在空間中聲波變化情況，識別集群通道上超聲信號相位差異，進一步數據處理進行聲源確定。在高電壓設備局部放電中，電流與空氣接觸產生微小聲音，此類設備進行多通道接收，利用相控陣原理進行分析，確定聲源的幅值，了解放電情況，同時確定放電位置。通過聲學網格化強度圖和可視場景的結合，使現代化高電壓設備局放檢測技術更加豐富[5]，如圖3所示。

3.4雷達成像技術在電力領域具備應用前景的探討

雷達成像技術是電力場景正在研究技術之一，利用天線陣，可以實現多路并行的被動電磁波接收，利用天線陣方向性調節，進而對來波方位進行鎖定，準確定位局放的發生位置。同時，波束方向性優良，受到環境影響小，在實際的應用過程中，能夠對極細微的變化進行識別[6]。結合可視攝像的視頻形成的環境圖像和定位圖像的疊加，能夠更加直觀地對變電站中高電壓設備運行情況進行大面積掃描和巡檢，有效提高檢測的效率和準確性，具有非常廣闊的應用前景。

4結語

綜上所述，高電壓設備絕緣故障放電具有較大的危險性和破壞性，相關檢修人員應加強對設備檢修的重視，通過不同的技術提高檢測的精準度，利用局部放電階段的數據提前評估絕緣的實際情況，防微杜漸、避免過度檢修，同時不斷發掘新型檢測技術在此領域的應用，從更多維度上對狀態檢修技術進行擴充，從而提高檢測分析的可信度，優化檢修人員的檢修管理方式，保障設備安全可靠、經濟地運行。

參考文獻

[1] 楊鵬.高壓電氣設備的維護對策分析[J].電子技術，2021，50（7）：266-267.

[2] 孫沖.高電壓計量裝置現場檢測技術研究及一體化檢測設備研制[J].河北電力技術，2018，37（4）：2.

[3] 李建偉.高壓電氣設備在線監測及狀態檢修技術研究[J].房地產導刊，2019（9）：156.

[4] 楊愛新.電力電氣設備的狀態檢修技術研究[J].中國戰略新興產業，2019（4）：233.

[5] 劉東超，林語，原輝，等.灰度紋理與油氣特征融合的油紙絕緣老化狀態評估[J].中國電力，2020，53（12）：159-166，197.

[6] 雷亮，許曉晨.高電壓絕緣技術的應用與研究[J].山東工業技術，2018（23）：184.FDB12A2B-77C8-4C0C-8E5C-661A959BDDB8