高壓電力設備絕緣試驗及安全措施分析

許繼電氣股份有限公司 杜玉格 許昌鈉日電子有限公司 侯松倩 許繼電氣股份有限公司 屈春雷

1 引言

在高壓電力設備的測試過程中，主要是對設備的絕緣特性進行測試，從而判斷其工作狀況。安全高效運行需要對其運行狀況進行有效的監測，電力設備的絕緣測試是一種有效的測試手段。因此，高壓電力的絕緣測試是保證高壓電力設備安全運行的重要保證。

2 高壓電力設備絕緣測試技術綜述

高壓電力設備的絕緣測試，是依據有關設備測試的需要，對現有的設備進行不斷或間斷的測試，以獲得一組有關的測試參數，并利用這些測試參數對目前電力設備的運行狀況進行分析，并為有關的決策提供依據。在電力高壓試驗中得到的各種數據，對電力系統的工作性能和變壓器的工作效率有較大的關系。故障發生率、資源消耗等問題與電力企業的經濟效益有較大的關系。因此，高壓設備的絕緣測試對電力公司的發展尤為重要，其是保證電力設備安全運行的重要手段和保證用戶安全使用的重要保障。

筆者通過多年的工作經驗，總結了以下兩種高壓電力裝置的絕緣試驗。一是對各類電力產品、線路、材料等進行了全方位的檢查，確保產品符合相關規定，若不符合要求，將被淘汰。二是對部分高壓裝置進行了嚴格的隔離試驗，以查明維護質量和其他問題，檢驗設備在維護后的總體品質和工作狀態與當前工作需要相符，如果符合，可以投入使用，如果不合格，就要進行替換和修復；為保證高壓電力設備的正常運行，就要對其進行預防性的絕緣測試，以降低其泄漏事故[1]。

3 測試的類別

高壓測試是絕緣失效測試中的一個重要內容。按測試目標可分為類型測試和產品出廠測試；體系內交接試驗、預防性試驗等。絕緣測試可以分為兩種：一種是絕緣性能測試，另一種是絕緣強度測試。

3.1 絕緣性能測試

絕緣性能測試，就是在低壓下進行測試，或通過其他不損害絕緣性能的方法，來檢測絕緣材料的性能。比如，絕緣油品物理性質的測量；石油氣體色譜分析，空載測試，局部放電超聲測試等。試驗證明，該技術是可行的，但尚不能用于判斷其結構的壓力。

3.2 絕緣強度測試

工作頻率電壓測試、電感電壓測試、操作波試驗、沖擊試驗等屬于破壞性試驗，可檢測出具有高危險性的集中缺陷，并保證絕緣具有某種級別。其不利之處在于耐壓測試中，會對絕緣產生一定的損害。耐壓測試應在無破壞測試后進行，若無破壞測試顯示絕緣有異常，則應找出故障原因并予以排除，以免造成不必要的損壞或造成經濟上的損失[2]。

4 高壓絕緣測試中幾個問題的探討

在電力設備高壓絕緣測試中，存在以下兩個問題：一是電力故障。電力設備的高壓絕緣測試，一般要比正常情況下的電壓高出好幾倍，再加上測試中使用的是裸線，因此高壓絕緣測試工作的危險性較大，如果發生觸電事故，很容易造成人員傷亡。因此，在進行高壓絕緣測試時，必須做好相應的防護工作，并對可能造成電擊的主要因素進行分析。首先，在試驗中沒有對試驗裝置和其他設計進行有效的隔離，造成了與帶電裝置的不正確接觸，導致電擊事故；其次，可能是因為電力供應不足，或者是門禁系統出問題，導致人員誤闖進來，造成事故；第三，在測試的時候，要將電線上的電流全部排出，如果不能將多余的電流排出，就會引發電擊。在測試期間，未對空閑的電容裝置實施短路接；未對調壓機調至零或斷開斷路器即進行換線；操作者未按照規定做好絕緣保護。

二是中毒引起的窒息。斷路器采用SF6氣體作絕緣、滅弧的介質。SF6氣身無毒性、無味；S2F2、SF2、HF等氣體均有毒，如果在試驗過程中發生爆炸或泄露等事故，就會導致SF6泄露。在實驗室內發生氣體泄漏，人員在沒有穿戴防護設備或防護設備有故障時，可能會導致中毒。另外，在SF6的回收和充填中，如果設備、管道、閥門存在質量問題、設計安裝不當、操作不當等問題，會導致煤氣泄漏。若房間內空氣流通度較差，SF6氣體會導致呼吸困難。

5 高壓測試中的安全性設計

高壓試驗過程中，對安全性的要求尤為突出，其安全性將影響測試結果的準確度和工作人員的人身安全。高電壓測試的安全設計，一般都是從地面、防雷、安全距離、絕緣等角度著手。

5.1 接地的可靠性

為保證高電壓試驗的準確性及員工的生命安全，高電壓試驗必須采用接地系統，并接地電阻大于等于0.5Ω。當接地條件好時，六邊屏蔽實驗室被認為是一等電位體。高電壓試驗設備和試驗外殼必須接地，并與被測試裝置的接觸點進行可靠的連接相接。在實驗室內部，所有的金屬結構、金屬防護柵欄、采暖水管、工藝循環水管等都要牢固與屏蔽接地網相連，并在接點上有清晰的標識。高壓試驗設備、試件及配電設備所用的帶形地線，應選用多股繞制的裸銅絲或在銅軟絞線外層鍍上透明隔離層。采用特殊的導線夾具將移動式接地線與導線相連接，接地線與接地體之間采用螺栓連接。接地線要盡量短，不能采用纏繞的方法進行接地。將50mm×5mm的扁鋼接地線和臨時接地栓安置在貫穿試驗室的主電纜溝內，用于高壓試驗設備、試驗品和電力分配設備使用的帶式接地線，并將接地排與屏蔽基板網進行多點可靠的電連接。在高壓測試裝置及試件中使用的接地導線，其斷面應符合測試要求，但不能少于4mm2。用于電力分配設備的承載式接地導線，其截面不能少于25mm2。在高電壓測試中，六邊形法拉第籠兼做避雷器和引出器時，其應與建筑物的地基絕緣，而在高電壓測試中，六邊形護罩是用一個小的接地孔[3]。

5.2 對電感和放電反擊的預防措施

在進行高電壓測試時，相鄰的其他儀表應采取防止電感電壓的措施，使相鄰的其他儀表裝置短接，接地可靠。在電容器間安裝一套專門的短路接地孔，并將測試室內的空閑電容裝置進行短路。為了避免在高電壓測試中受到電磁場的影響和提高地電勢而導致的反沖，實驗室要采取相應的安全技術措施。實驗室內部采用六邊封閉式屏蔽體，方便在實驗室進行等電壓的聯結。但在試驗過程中，六邊形屏蔽層與地面電位之間有一種電壓梯度，因此通過測試室內的高壓電線必須采用金屬管道進行埋。其長度不得低于15m，并以5m的間隔與地電極相連接。在六邊形法拉第籠周圍進出人員時，應采用均壓或隔離等方法，以減少跨線電壓，使接地網均壓環的外緣關閉，外邊緣形成圓弧；在人們進出的地方鋪設瀝青路面，或在地面安裝兩個“帽檐式”接地網片。同時，對于重要的電力、弱電設備，應安裝防放電反擊及感應電壓的防護措施[4]。

6 電網絕緣技術淺析

電力行業的防雷工作繁重，一旦出現故障，很容易導致整個電網癱瘓，造成不可逆轉的后果。因此，為了確保電網的正常運行，電網的安全與穩定是其重要內容之一。以下重點分析我國電網中的幾種架空線路和變電所的主要防雷方法。

6.1 高電壓的雷電防護

電力設備是用裸露的電線和架空電線組成的，而架空電線通常位于6～10m的距離，此時閃電的過電壓會導致電線和設備的絕緣被擊穿，從而造成設備的損壞。利用高壓避雷法，在導線及裝置上設置一個絕緣薄弱期，也就是裂縫，其擊穿電壓比導線及裝置要低，縫隙是絕緣的，在雷電發生時，強烈的過電壓會把間隙擊穿，形成一個接地保護，作為保護線路和設備絕緣的裝置。

6.2 防漏電工藝

空隙保護即為變壓器的中性點間接地。該線路的大致兩端都是由一個角形的棒狀物構成，其一極與絕緣層相連，而另一極則直接接地，當空隙擊穿后，電弧會在拐角之間向上延伸。空隙保護技術具有結構簡單、維修少等優點，但在電弧超過10A時，無法自動熄弧，防護性能一般，空隙動作會發生截斷，對變壓器的絕緣也有不良影響。

圖1 空隙防護技術圖

6.3 避雷裝置的防護技術

避雷器既是雷電流的釋放通道，又是一種等電位的連接件，其在線路上并聯成對，在正常工作時為高阻。當出現閃電時，避雷裝置會把閃電快速排入地面，同時使地面、設備、線路處于等電位，使設備不受強烈電位差的影響。當然，避雷器也有其不足之處，因為避雷器的選擇是受限于安裝位置的，一旦被雷電擊中，所需要的能量就會變得非常龐大，單憑一個避雷器是很難將所有的雷電都傳導到地面上且不會對自己造成傷害的。此外，間隙保護和隔離保護技術都是利用間歇式接地保護來實現保護，往往會引起地與相之間的短路，從而無法實現科學合理的保護。

7 高壓電力測試中的安全技術

7.1 做好試驗中的安全警告

在進行高電壓試驗時，若出現漏電等故障，將會導致重大的安全事故。所以，要做好安全警告，在檢測的外圍布置隔離網，并安排相關人員進行維修，防止其他人員靠近，并在路上張貼安全警告，以防止外界人員受到干擾，確保測試過程不被打擾，順利進行[5]。

7.2 做好與試驗有關的各項準備

高壓測試涉及測試對象較多，涉及的問題也多，同時對測試的條件也很嚴格，所以在進行高壓測試之前，必須做好相關的準備工作，保證測試的順利進行。因此，在進行高壓測試試驗前，應仔細制訂試驗方案，科學規劃試驗環境、試驗內容、試驗目標，保證試驗方案的可靠性和安全性，并對試驗方案進行整體規劃，科學安排試驗方案，對試驗中可能出現的意外情況進行全面的分析，以便有效地制訂各項防范措施。同時，對各種試驗方案進行篩選，以確保試驗方案的安全性和可操作性。

7.3 強化員工的安全意識

在進行高電壓測試時，由于其危險性較大，所以要加強對工人的安全教育，既要有高度的責任感，又要細致，因此要做好充分的準備。在進行電力試驗之前，有關人員必須對試驗計劃、步驟等有充分的了解，并對輔助試驗中所使用的電器的電氣特性和所產生的各種危險因素進行詳細的分析。一切工作都要以安全為第一，以保證安全為目的，進行各種電氣測試。

7.4 強化保安監管和管理

在電力設備的高壓測試中，其安全性的穩定性尤為重要。為了確保試驗的安全，主管部門可以組建一支專門的監測團隊，對所有參加高壓測試的人員進行嚴格的檢查和控制。可以根據工作牌的不同，判斷出進入高壓測試現場的人是不是實驗室的工作人員，并且必須持有工作證，以防止無關人員接近測試地點，從而減少對測試結果的影響。同時，還可以對高壓測試的各個環節進行分級，每一級都有一個具體的負責人，將所有的責任都落實到個人身上，既可以增強員工的責任心和安全意識，又可以減少事故的發生。通過定期和特殊時段的檢驗，監控組對整個測試過程進行監控，及時發現并采取措施，或向檢修單位報告，以便快速處理事故范圍，從而增強高壓測試的科學性和安全性。

7.5 在高壓測試中強化安全設計

高壓試驗與其他試驗相比有較大危險性，所以在進行高壓試驗之前，必須對其進行安全設計。因此，在進行高壓測試時，必須對高壓系統進行接地，以便獲得電壓、感應放電、絕緣隔離、安全距離等參數，并能保證實驗人員的人身安全。

綜上所訴，高壓電力設備的絕緣測試是保證高壓電力設備安全和正常工作的重點。高壓電力在使用過程中容易受到電場、環境條件、機械應力等方面影響，使絕緣子及絕緣體系受到不同程度的損傷，所以要進行絕緣測試。高壓電力絕緣測試，既可正確地判定其絕緣性能，又可對其運行狀況進行監測，及時發現故障，保障系統安全穩定運行。