一、絕緣基礎知識
絕緣是指借助絕緣材料和預制構件將電位不等的導體分隔開,使其沒有電氣聯接以保持不同的電位,進而保證帶電部件才能正常運行。絕緣是電氣設備結構中的重要組成部份。具有絕緣作用的材料稱為絕緣材料(電介質),電氣設備的絕緣就是各類絕緣材料構成的。
電力系統正常運行時,電氣設備絕緣是常年處在工作電流作用之下的。并且,因為各類緣由,電力線路中的電流有時會出現短時下降的現象,即形成過電流。過電流可分為:雷電過電流和內過電流。
雷電過電流:因為設備遭到雷擊引起的或在設備附近發生雷擊而感應形成的過電流;內過電流有分為暫時過電流和操作過電流。暫時過電流是因為系統中發生車禍或發生諧振而導致的過電流;操作過電流是因為系統中的操作(投、切)導致的過電流。
過電流的作用時間其實很短,但過電流的數值卻大大超過正常工作電流,因而,易導致絕緣的破壞。所以,設備絕緣應本事受工作電流的持續作用外,還必須本事受過電流的作用。
為了電氣設備安全可靠地運行,除應認清楚過電流的數值、波形等參數并設法減少或限制作用于設備上的過電流的數值外,還要保證及提升絕緣本身的耐受電流,這兩個方面就構成了高電流技術的主要內容。怎樣保證及提升設備絕緣的耐受電流,設計出先進的絕緣結構則是高電流絕緣所討論的內容。
在工作電流和過電流作用下,絕緣會發生濁度、極化、損耗、老化、放電擊穿等現象。為了設計出技術先進、經濟合理而又安全可靠的絕緣結構,首先必須把握各種絕緣材料在電場作用下的電氣化學性能產品泄露電流過大的原因,絕緣材料在強電場中的擊穿特點及其規律尤為重要。只有曉得了絕緣材料本身耐受電壓的規律以后,能夠進行絕緣的設計(考慮絕緣結構、選擇絕緣距離或絕緣長度等)。其次,絕緣的破壞決定于作用在其上的電場硬度,在滿足電氣設備基本要求的前提下,應設法改善絕緣結構,使其電場分布盡可能地均勻,以減輕電場硬度。另外,采用新型絕緣材料。
電氣設備必須在長期使用中保持高度的可靠性,因此,必須對設備按設計的尺寸進行各類試驗。在制造廠有:對所有原材料的試驗,制造過程的中間試驗,產品定型及出廠試驗;在使用場合有:安裝后的交接試驗,使用中為維護運行安全而進行的絕緣防治性試驗等。通過試驗,把握電氣設備絕緣情況,可保證產品質量或及早發覺其缺陷,進而進行相應的維護與檢修,以保證設備的正常運行。
電氣設備的絕緣缺陷,有些是制造時潛伏下的,另一些則是運行中在外界作用影響下發展上去的,即累積效應。外界作用有:工作電流、過電流、大氣影響(如悶熱等)、機械力、熱、化學等,其實這種外界作用的影響程度亦和制造質量有關。目前,還不能做到使電氣設備的絕緣在運行中不發生顯著的劣化,所以,在電力系統中常常進行防治性試驗,及時發覺缺陷產品泄露電流過大的原因,可降低許多車禍的發生。
絕緣的缺陷一般可分為兩大類
第一類:集中性缺陷。諸如懸式絕緣子的瓷質脫落;發電機絕緣局部銹蝕、擠壓斷裂;線纜因為局部有氣隙在工作電流作用下發生局部放電而毀壞,以及其他的機械損傷、受潮等。
第二類是分布性的缺陷,指電氣設備整體絕緣性能增長,如馬達、變壓器、套管等絕緣中的有機材料發霉、老化、變質等等。
絕緣內部有上述兩種類型缺陷后,它的特點就常常發生一定的變化。這樣,我們就可以通過一些試驗把隱藏的缺陷檢測下來。
絕緣特點試驗也稱非破壞性試驗,是指在較低的電流下或使用其他不會損傷絕緣的辦法來檢測絕緣的各類特點,因而判定絕緣內部有無缺陷。實踐證明,這類方式是有效的,但目前還不能只靠它來可靠地判定絕緣的耐壓水平。
絕緣耐壓試驗也稱破壞性試驗,這類試驗對絕緣的考驗是嚴格的,非常是能揭發這些危險性較大的集中性缺陷,它能保證絕緣有一定的水平或裕度,缺點是可能會在耐壓試驗時給絕緣導致一定的損傷。耐壓試驗是在絕緣特點試驗以后才進行,假如非破壞性試驗已表明絕緣存在不正常情況,則必須在查明緣由并加以清除后再進行耐壓試驗,以防止不應有的擊穿。諸如套管整修時,當用非破壞性試驗判定出絕緣發霉后,首先是進行干燥,待發霉現象清除后才做耐壓試驗。
以上主要內容主要介紹各類絕緣試驗方式的基本原理以及能發覺哪些樣的缺陷。在具體判別電氣設備的絕緣狀況時,應注意對各項試驗結果進行綜合判定,并注意和歷史資料(出廠及以往數據)以及該設備的其它相進行相互比較。為易于歷次試驗結果互相比較,最好在相仿氣溫和試驗條件下進行試驗,以免因體溫換算帶來偏差。
試驗應盡量在良好天氣下進行,執行標準有:
--2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》
DL/T596--1996《電力設備防治性試驗規程》
DL/T393--2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》
狀態檢修工作的核心是確定設備的狀態,根據設備的狀態舉辦相應的試驗、檢修工作。“應修選修,修選修好”。
三、高壓設備的絕緣水平及試驗方式
高壓設備絕緣能夠安全可靠地運行,起主要作用的是其耐受電流的能力。各類額定電流等級的設備,絕緣都須要具有相應的耐受電流的能力。設備絕緣耐受電流能力的大小稱為絕緣水平。電氣身背的絕緣水平應保證絕緣在最大工作電流的持續作用下和過電流的短時作用下都能安全運行。
影響絕緣水平的誘因有:
(1)工作電流的持續作用下的老化是決定絕緣使用壽命的主要條件;
(2)雷電過電流下的沖擊,時間短但數值高;
(3)暫時過電流下的沖擊,如諧振,持續時間較長;
(4)操作過電流下的沖擊。
對絕緣水平考評的試驗方式有:
(1)雷電過電流試驗--雷電沖擊電流模擬裝置;
(2)操作沖擊試驗—操作沖擊試驗模擬裝置;
(3)工頻電流等效試驗為了檢驗絕緣在暫時過電流作用下運行的可靠性,一般用短時工頻電流等效地來進行試驗,判定其絕緣水平的高低。
各類設備的一分鐘耐壓就是按照電力系統中內過電流的大小擬定的。其最大的有點就是適宜于在現場進行設備的試驗。
我國現行的絕緣防治性試驗項目:
(1)測定絕緣內阻;
(2)檢測泄漏電壓;
(3)直流耐壓試驗;
(4)檢測介損(介質耗損角余弦值δ);
(5)絕緣油介電硬度試驗;
(6)微量水份測定;
(7)油中溶化二氧化碳色譜剖析;
(8)局部放電試驗;
(9)交流耐壓試驗。
以上試驗均是在停水(離線)狀態下進行,通過試驗預判電氣設備的絕緣性能。一般絕緣要舉辦三個項目:
車禍搶險---亡羊補牢;
防治性試驗---居安思危;
狀態檢修---需修即修。