超高压输变电配备局放装配在线监测装置的必要性

西安智源电气有限公司技术漫谈

电力能源是国民经济发展的命脉，电力能源工业的发展对国家实现预期的战略目标 具有重要的意义。近二十年间我国电力工业得到了较快发展，连续上了两个台阶，继 1981 年发电装机容量跨上 100GW台阶后，1995年又突破 200GW，2000年全国发电装机容 量达到了 300GW，预期到 2010年达到 550GW、2020 年达到 750GW。目前，我国现在总发电量排列世界第二位，但人均拥有装机容量远落后于发达国家，我国人均年消耗的 能源水平仍很低，要满足国民经济发展的需要，就必须在加快装机容量的增长速度的基 础上，提高大型电力设备的运行可靠性。随着电力设备电压等级的提高、单机容量的增大，电力设备运行的可靠性问题越来 越突出。大型电力设备供电覆盖面广，一旦发生故障，造成的直接和间接经济损失非常巨大， 同时还将造成巨大的社会影响。研究表明，变电站电力设备的故障 80%以上是由于电力 设备绝缘故障所引起的。通常电力设备绝缘系统是固体、液体和气体电介质材料组成， 电力设备绝缘材料和结构在各种因素（包括：电、热、机械、化学、环境等因素）的长 期作用下发生一系列的化学、物理变化，导致在电力设备绝缘系统中产生可逆和不可逆 的损坏，使电力设备的电性能和机械性能等不断下降，.终导致电力设备产生运行故障。

电力设备绝缘的缺陷通常可以分成两大类：..类是集中性缺陷，指缺陷集中于绝 缘的某个或某几个部分，例如局部受潮、局部机械损伤、绝缘内部气泡、瓷介质裂纹等， 它又分为贯穿性缺陷和非贯穿性缺陷，这类缺陷的发展速度较快，因而具有较大的危险 性；第二类是分布性缺陷，指由于受潮、过热、动力负荷及长时间过电压的作用导致的 电力设备整体绝缘性能下降，例如绝缘整体受潮、充油设备的油变质等，它是一种普遍 性的劣化，是缓慢演变而发展的。电力设备的绝缘缺陷有可能是在制造、运输和检修过程中产生的，也有可能因发生 意外事故而残留下潜伏性缺陷，这些缺陷可以通过交接试验和预防性试验进行检查。电力设备.主要地导致绝缘缺陷的途径是：在长期运行过程中电力设备受到电场的作用、 热场的作用、机械力损伤、化学腐蚀以及大气环境条件的作用，导致电力设备的绝缘品 质逐渐劣化，使其性能变坏，这就是通常所说的老化，老化的结果是一个渐变的过程， 但.终作用结果是导致电力设备绝缘系统的不可恢复性破坏。在运行过程，导致电力设备绝缘系统产生的不可逆的劣化（即老化）的因子称为老化因子，常见的老化因子有：

(a)电老化是指在电场长期作用下电力设备绝缘系统中发生的老化，电老化机理很复杂，它包含放电引起的一系列物理和化学效应。随着外施电压的增加，绝缘系统中的 放电增强，放电量和放电重复率也增加，导致电老化速度加快，绝缘寿命降低；

(b)热老化是指在高温的长期作用下电力设备绝缘系统中发生的老化，有机绝缘材料在高温的作用下发生热降解，导致绝缘材料的结构变化，使其电气性能和机械性能劣 化。随着温度的上升，绝缘的热老化速度迅速增加，不同的绝缘材料受温度的影响程度 不一样，在室温下绝缘系统的老化极其缓慢；

(c)机械老化是指固体绝缘系统在运行过程中受到各种机械应力的作用发生的老化，机械老化过程是绝缘材料在机械应力的作用下细观缺陷发生规则运动，形成微裂缝 并逐渐扩大而导致的。机械应力产生的微裂缝在强电场作用下将引发局部放电，从而加 速绝缘系统的破坏；

(d)环境老化是指在水分、氧气、阳光辐射、化学尘埃等自然环境条件下和在高海拔地理条件下导致的绝缘系统表面老化，特别是当有机高聚物表面沉积污秽物后，在水 和强电场的作用下将产生强烈的污秽放电，导致绝缘表面产生破坏。在开展电力设备检测与诊断技术研究之前需要充分认识电力设备受各老化因子作 用导致绝缘剩余寿命下降和.终破坏的规律。电力设备的老化过程是多因子共同作用的 结果，其作用过程极其复杂。例如：发电机在运行过程中就可能受到发热、机械振动、 高电压等因子的共同作用；变压器在运行过程中可能受到高电压强场强、高热、化学分 解等因子的协同作用；断路器在运行过程中可能受到高电压、电弧、温度、湿度等因子 的影响，等等。电力设备的绝缘老化是时间和老化因子的函数，绝缘劣化的程度要根据 其性能的变化来确定，当绝缘性能的指标达到某一极限值时，绝缘已不能在工作电压下 正常使用，其寿命将达到使用极限。电力设备的运行检测就是希望通过各种不同的方法， 准确检测能够表征电力设备性能的各有关参数，进而得到运行条件下的电力设备状态。

目前国际国内上制定了一系列电力设备试验、检测标准，包括：电力设备在制造过程中的检测（型式试验、例行试验和出厂试验）和电力设备在运行前及运行中的检测（交 接试验、预防性试验和在线监测）。对于运行中的电力设备目前国际国内主要采用预防 性试验进行电力设备状态的诊断。

电力设备预防性试验在一定程度上可以对电力设备的状态进行判断，其也是目前国际国内通行的试验方法，通常预防性试验可分为非破坏性试验和破坏性试验两大类：

..类是非破坏性试验或称绝缘特性试验，是指在较低的电压下或是用其它不会损 伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。主要指测量绝缘电 阻、泄漏电流和介质损失角正切等电气试验项目。由于这类试验施加的电压较低，故不 会损伤设备的绝缘性能，其目的是判断绝缘状态，及时发现可能的劣化现象，实践证明 这类方法是有效的，但目前还不能只靠它来可靠地判断绝缘的耐压水平。

第二类是破坏性试验或称绝缘耐压试验，在高于工作电压下所进行的试验称为破坏 性试验。试验时在设备绝缘上加上规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受能力，因 此也叫耐压试验。它主要指交流耐压和直流耐压试验。由于这类试验所加电压较高，考 验比较直接和严格，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，它能**绝缘有一定 的水平或裕度，缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。耐压试验是在非破 坏性试验之后才进行，如果非破坏性试验已表明绝缘存在不正常情况，则必须在查明原 因并加以消除后再进行耐压试验，以避免不应有的击穿。

我国现行的电力设备预防性试验主要项目见表 1。

表 1 现行电力设备预防性试验主要项目

根据过去长期的运行经验及试验研究中已逐步确立起来的这些预防性试验项目，为 确保电力设备的安全运行发挥了很大作用。现行的预防性试验的方法是前人多年工作的 结晶，它对电力设备的安全运行发挥着积极作用，但近年来愈来愈多的电力工作者从实 践中意识到，常规预防性试验存在着试验时需要停电、试验时间集中工作量大、停电试 验是否能表征电力设备的运行状态等问题，特别在电力设备运行过程中，人们.关心的 是绝缘结构的剩余电气强度，但至今还未找到它与绝缘电阻、泄漏电流及介质损耗因数 等非破坏性试验参数之间的直接函数关系，所以仅凭这些试验项目难以准确、有效地判 断电力设备绝缘的好坏，这就暴露出现行的电力设备预防性试验本身存在的缺陷。

为了提高电力设备绝缘试验的准确性、有效性，电力工作者对电力设备的预防性试 验方法进行了必要地修正，一方面提出了一些新预防性试验项目，如：色谱分析、局部 放电试验等，使电力设备检测的有效性明显提高；另一方面对原有的试验技术进行修正， 如：“分解试验”（即在可能的情况下，将大型电力设备分解成若干部分进行试验）起到 了一定的效果。

电力设备虽然都按规定、按时做了常规预防性试验，但事故往往仍然时有发生，其 主要原因之一是由于现有的试验项目和方法往往难以**在这一个周期内不发生故障。 由于绝大多数故障在事故前都有先兆，这就要求发展一种连续或选时的带电监视技术， 在线监测就是在这种情况下产生的。

近年来得到飞速发展的电力设备在线检测技术，是一种利用电力设备运行电压来对 电力设备状态进行试验的方法，它可以大大提高试验的真实性与灵敏度。常规的预防性 试验一般以一年为一周期，现在完全可以根据设备的绝缘状况的好坏来选择不同的在线 检测周期，使试验的有效程度明显提高。通过在线检测可以积累大量的数据，结合电力 设备预防性试验数据和以往的运行数据，可以对电力设备的状态进行综合评判——诊断。

在线监测将成为电力设备运行状态检测与诊断的重要手段，它将在很多方面弥补仅 靠定期停电预防性试验的不足，是电力设备检测与诊断的发展方向。

要提高电力设备运行可靠性，关键是提高现有电力设备运行检测与诊断水平，这里特别要强调地是，仅仅只有检测技术的提高是远远不够的，要实现电力设备的准确、 有效的检测与诊断，首先需要从研究电力设备绝缘老化特性入手，充分了解电力设备 绝缘劣化规律、得到绝缘状态的特征量的变化规律，从而才能确定合适的检测方法， 在此基础上再开发相应的检测装置，以实现提高电力设备诊断与寿命评估水平的目的。

西部地区环境条件十分复杂，致使大型电力设备的运行工况十分恶化、大型电力设 备的运行故障比其它地区更多，所以研制开发出适合西部地区的超高压变电站关键电力 设备在线检测与诊断仪的工作显得更加重要。本课题提出，在研究超高压变电站电力设 备绝缘劣化规律的基础上，寻找并确定表征电力设备劣化规律的特征参量组，开发适合 于我国的110kV及以上变电站的大型电力设备状态检测与诊断设备。

本公司局放在线监测系统以及铁芯（夹件）接地电流装置是针对西部地区运行的超高压电力设备的检测技术，希望通过研究提高西部地区电力网络的运行可靠性，**安全可靠地供电，并为将来在西部实施更高电压等级输电、**关键设备的运行安全提供技术支撑。随着技术和市场的拓展，还将对提高我国全国电力设备运行可靠性、提高我国电力系统供电质量具有重要意义。