高壓電力設(shè)備絕緣試驗(yàn)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(shè)備的測(cè)試過程中，主要是對(duì)設(shè)備的絕緣特性進(jìn)行測(cè)試，從而判斷其工作狀況。安全高效運(yùn)行需要對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，電力設(shè)備的絕緣測(cè)試是一種有效的測(cè)試手段。因此，高壓電力的絕緣測(cè)試是保證高壓電力設(shè)備安全運(yùn)行的重要保證。

2 高壓電力設(shè)備絕緣測(cè)試技術(shù)綜述

高壓電力設(shè)備的絕緣測(cè)試，是依據(jù)有關(guān)設(shè)備測(cè)試的需要，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行不斷或間斷的測(cè)試，以獲得一組有關(guān)的測(cè)試參數(shù)，并利用這些測(cè)試參數(shù)對(duì)目前電力設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，并為有關(guān)的決策提供依據(jù)。在電力高壓試驗(yàn)中得到的各種數(shù)據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)的工作性能和變壓器的工作效率有較大的關(guān)系。故障發(fā)生率、資源消耗等問題與電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有較大的關(guān)系。因此，高壓設(shè)備的絕緣測(cè)試對(duì)電力公司的發(fā)展尤為重要，其是保證電力設(shè)備安全運(yùn)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(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下兩種高壓電力裝置的絕緣試驗(yàn)。一是對(duì)各類電力產(chǎn)品、線路、材料等進(jìn)行了全方位的檢查，確保產(chǎn)品符合相關(guān)規(guī)定，若不符合要求，將被淘汰。二是對(duì)部分高壓裝置進(jìn)行了嚴(yán)格的隔離試驗(yàn)，以查明維護(hù)質(zhì)量和其他問題，檢驗(yàn)設(shè)備在維護(hù)后的總體品質(zhì)和工作狀態(tài)與當(dāng)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(jìn)行替換和修復(fù)；為保證高壓電力設(shè)備的正常運(yùn)行，就要對(duì)其進(jìn)行預(yù)防性的絕緣測(cè)試，以降低其泄漏事故[1]。

3 測(cè)試的類別

高壓測(cè)試是絕緣失效測(cè)試中的一個(gè)重要內(nèi)容。按測(cè)試目標(biāo)可分為類型測(cè)試和產(chǎn)品出廠測(cè)試；體系內(nèi)交接試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)等。絕緣測(cè)試可以分為兩種：一種是絕緣性能測(cè)試，另一種是絕緣強(qiáng)度測(cè)試。

3.1 絕緣性能測(cè)試

絕緣性能測(cè)試，就是在低壓下進(jìn)行測(cè)試，或通過其他不損害絕緣性能的方法，來檢測(cè)絕緣材料的性能。比如，絕緣油品物理性質(zhì)的測(cè)量；石油氣體色譜分析，空載測(cè)試，局部放電超聲測(cè)試等。試驗(yàn)證明，該技術(shù)是可行的，但尚不能用于判斷其結(jié)構(gòu)的壓力。

3.2 絕緣強(qiáng)度測(cè)試

工作頻率電壓測(cè)試、電感電壓測(cè)試、操作波試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等屬于破壞性試驗(yàn)，可檢測(cè)出具有高危險(xiǎn)性的集中缺陷，并保證絕緣具有某種級(jí)別。其不利之處在于耐壓測(cè)試中，會(huì)對(duì)絕緣產(chǎn)生一定的損害。耐壓測(cè)試應(yīng)在無破壞測(cè)試后進(jìn)行，若無破壞測(cè)試顯示絕緣有異常，則應(yīng)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(jīng)濟(jì)上的損失[2]。

4 高壓絕緣測(cè)試中幾個(gè)問題的探討

在電力設(shè)備高壓絕緣測(cè)試中，存在以下兩個(gè)問題：一是電力故障。電力設(shè)備的高壓絕緣測(cè)試，一般要比正常情況下的電壓高出好幾倍，再加上測(cè)試中使用的是裸線，因此高壓絕緣測(cè)試工作的危險(xiǎn)性較大，如果發(fā)生觸電事故，很容易造成人員傷亡。因此，在進(jìn)行高壓絕緣測(cè)試時(shí)，必須做好相應(yīng)的防護(hù)工作，并對(duì)可能造成電擊的主要因素進(jìn)行分析。首先，在試驗(yàn)中沒有對(duì)試驗(yàn)裝置和其他設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的隔離，造成了與帶電裝置的不正確接觸，導(dǎo)致電擊事故；其次，可能是因?yàn)殡娏?yīng)不足，或者是門禁系統(tǒng)出問題，導(dǎo)致人員誤闖進(jìn)來，造成事故；第三，在測(cè)試的時(shí)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(huì)引發(fā)電擊。在測(cè)試期間，未對(duì)空閑的電容裝置實(shí)施短路接；未對(duì)調(diào)壓機(jī)調(diào)至零或斷開斷路器即進(jìn)行換線；操作者未按照規(guī)定做好絕緣保護(hù)。

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(zhì)。SF6氣身無毒性、無味；S2F2、SF2、HF等氣體均有毒，如果在試驗(yàn)過程中發(fā)生爆炸或泄露等事故，就會(huì)導(dǎo)致SF6泄露。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)發(fā)生氣體泄漏，人員在沒有穿戴防護(hù)設(shè)備或防護(hù)設(shè)備有故障時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致中毒。另外，在SF6的回收和充填中，如果設(shè)備、管道、閥門存在質(zhì)量問題、設(shè)計(jì)安裝不當(dāng)、操作不當(dāng)?shù)葐栴}，會(huì)導(dǎo)致煤氣泄漏。若房間內(nèi)空氣流通度較差，SF6氣體會(huì)導(dǎo)致呼吸困難。

5 高壓測(cè)試中的安全性設(shè)計(jì)

高壓試驗(yàn)過程中，對(duì)安全性的要求尤為突出，其安全性將影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和工作人員的人身安全。高電壓測(cè)試的安全設(shè)計(jì)，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(yàn)的準(zhǔn)確性及員工的生命安全，高電壓試驗(yàn)必須采用接地系統(tǒng)，并接地電阻大于等于0.5Ω。當(dāng)接地條件好時(shí)，六邊屏蔽實(shí)驗(yàn)室被認(rèn)為是一等電位體。高電壓試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)外殼必須接地，并與被測(cè)試裝置的接觸點(diǎn)進(jìn)行可靠的連接相接。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，所有的金屬結(jié)構(gòu)、金屬防護(hù)柵欄、采暖水管、工藝循環(huán)水管等都要牢固與屏蔽接地網(wǎng)相連，并在接點(diǎn)上有清晰的標(biāo)識(shí)。高壓試驗(yàn)設(shè)備、試件及配電設(shè)備所用的帶形地線，應(yīng)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(dǎo)線夾具將移動(dòng)式接地線與導(dǎo)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(jìn)行接地。將50mm×5mm的扁鋼接地線和臨時(shí)接地栓安置在貫穿試驗(yàn)室的主電纜溝內(nèi)，用于高壓試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)品和電力分配設(shè)備使用的帶式接地線，并將接地排與屏蔽基板網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)可靠的電連接。在高壓測(cè)試裝置及試件中使用的接地導(dǎo)線，其斷面應(yīng)符合測(cè)試要求，但不能少于4mm2。用于電力分配設(shè)備的承載式接地導(dǎo)線，其截面不能少于25mm2。在高電壓測(cè)試中，六邊形法拉第籠兼做避雷器和引出器時(shí)，其應(yīng)與建筑物的地基絕緣，而在高電壓測(cè)試中，六邊形護(hù)罩是用一個(gè)小的接地孔[3]。

5.2 對(duì)電感和放電反擊的預(yù)防措施

在進(jìn)行高電壓測(cè)試時(shí)，相鄰的其他儀表應(yīng)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(cè)試室內(nèi)的空閑電容裝置進(jìn)行短路。為了避免在高電壓測(cè)試中受到電磁場(chǎng)的影響和提高地電勢(shì)而導(dǎo)致的反沖，實(shí)驗(yàn)室要采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部采用六邊封閉式屏蔽體，方便在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行等電壓的聯(lián)結(jié)。但在試驗(yàn)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(cè)試室內(nèi)的高壓電線必須采用金屬管道進(jìn)行埋。其長(zhǎng)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(jìn)出人員時(shí)，應(yīng)采用均壓或隔離等方法，以減少跨線電壓，使接地網(wǎng)均壓環(huán)的外緣關(guān)閉，外邊緣形成圓??；在人們進(jìn)出的地方鋪設(shè)瀝青路面，或在地面安裝兩個(gè)“帽檐式”接地網(wǎng)片。同時(shí)，對(duì)于重要的電力、弱電設(shè)備，應(yīng)安裝防放電反擊及感應(yīng)電壓的防護(hù)措施[4]。

6 電網(wǎng)絕緣技術(shù)淺析

電力行業(yè)的防雷工作繁重，一旦出現(xiàn)故障，很容易導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)癱瘓，造成不可逆轉(zhuǎn)的后果。因此，為了確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行，電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定是其重要內(nèi)容之一。以下重點(diǎn)分析我國(guó)電網(wǎng)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(hù)

電力設(shè)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(shí)閃電的過電壓會(huì)導(dǎo)致電線和設(shè)備的絕緣被擊穿，從而造成設(shè)備的損壞。利用高壓避雷法，在導(dǎo)線及裝置上設(shè)置一個(gè)絕緣薄弱期，也就是裂縫，其擊穿電壓比導(dǎo)線及裝置要低，縫隙是絕緣的，在雷電發(fā)生時(shí)，強(qiáng)烈的過電壓會(huì)把間隙擊穿，形成一個(gè)接地保護(hù)，作為保護(hù)線路和設(shè)備絕緣的裝置。

6.2 防漏電工藝

空隙保護(hù)即為變壓器的中性點(diǎn)間接地。該線路的大致兩端都是由一個(gè)角形的棒狀物構(gòu)成，其一極與絕緣層相連，而另一極則直接接地，當(dāng)空隙擊穿后，電弧會(huì)在拐角之間向上延伸。空隙保護(hù)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修少等優(yōu)點(diǎn)，但在電弧超過10A時(shí)，無法自動(dòng)熄弧，防護(hù)性能一般，空隙動(dòng)作會(huì)發(fā)生截?cái)?，?duì)變壓器的絕緣也有不良影響。

圖1 空隙防護(hù)技術(shù)圖

6.3 避雷裝置的防護(hù)技術(shù)

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(lián)成對(duì)，在正常工作時(shí)為高阻。當(dāng)出現(xiàn)閃電時(shí)，避雷裝置會(huì)把閃電快速排入地面，同時(shí)使地面、設(shè)備、線路處于等電位，使設(shè)備不受強(qiáng)烈電位差的影響。當(dāng)然，避雷器也有其不足之處，因?yàn)楸芾灼鞯倪x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(huì)變得非常龐大，單憑一個(gè)避雷器是很難將所有的雷電都傳導(dǎo)到地面上且不會(huì)對(duì)自己造成傷害的。此外，間隙保護(hù)和隔離保護(hù)技術(shù)都是利用間歇式接地保護(hù)來實(shí)現(xiàn)保護(hù)，往往會(huì)引起地與相之間的短路，從而無法實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的保護(hù)。

7 高壓電力測(cè)試中的安全技術(shù)

7.1 做好試驗(yàn)中的安全警告

在進(jìn)行高電壓試驗(yàn)時(shí)，若出現(xiàn)漏電等故障，將會(huì)導(dǎo)致重大的安全事故。所以，要做好安全警告，在檢測(cè)的外圍布置隔離網(wǎng)，并安排相關(guān)人員進(jìn)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(cè)試過程不被打擾，順利進(jìn)行[5]。

7.2 做好與試驗(yàn)有關(guān)的各項(xiàng)準(zhǔn)備

高壓測(cè)試涉及測(cè)試對(duì)象較多，涉及的問題也多，同時(shí)對(duì)測(cè)試的條件也很嚴(yán)格，所以在進(jìn)行高壓測(cè)試之前，必須做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，保證測(cè)試的順利進(jìn)行。因此，在進(jìn)行高壓測(cè)試試驗(yàn)前，應(yīng)仔細(xì)制訂試驗(yàn)方案，科學(xué)規(guī)劃試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，保證試驗(yàn)方案的可靠性和安全性，并對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行整體規(guī)劃，科學(xué)安排試驗(yàn)方案，對(duì)試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的意外情況進(jìn)行全面的分析，以便有效地制訂各項(xiàng)防范措施。同時(shí)，對(duì)各種試驗(yàn)方案進(jìn)行篩選，以確保試驗(yàn)方案的安全性和可操作性。

7.3 強(qiáng)化員工的安全意識(shí)

在進(jìn)行高電壓測(cè)試時(shí)，由于其危險(xiǎn)性較大，所以要加強(qiáng)對(duì)工人的安全教育，既要有高度的責(zé)任感，又要細(xì)致，因此要做好充分的準(zhǔn)備。在進(jìn)行電力試驗(yàn)之前，有關(guān)人員必須對(duì)試驗(yàn)計(jì)劃、步驟等有充分的了解，并對(duì)輔助試驗(yàn)中所使用的電器的電氣特性和所產(chǎn)生的各種危險(xiǎn)因素進(jìn)行詳細(xì)的分析。一切工作都要以安全為第一，以保證安全為目的，進(jìn)行各種電氣測(cè)試。

7.4 強(qiáng)化保安監(jiān)管和管理

在電力設(shè)備的高壓測(cè)試中，其安全性的穩(wěn)定性尤為重要。為了確保試驗(yàn)的安全，主管部門可以組建一支專門的監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)，對(duì)所有參加高壓測(cè)試的人員進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和控制?？梢愿鶕?jù)工作牌的不同，判斷出進(jìn)入高壓測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的人是不是實(shí)驗(yàn)室的工作人員，并且必須持有工作證，以防止無關(guān)人員接近測(cè)試地點(diǎn)，從而減少對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。同時(shí)，還可以對(duì)高壓測(cè)試的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分級(jí)，每一級(jí)都有一個(gè)具體的負(fù)責(zé)人，將所有的責(zé)任都落實(shí)到個(gè)人身上，既可以增強(qiáng)員工的責(zé)任心和安全意識(shí)，又可以減少事故的發(fā)生。通過定期和特殊時(shí)段的檢驗(yàn)，監(jiān)控組對(duì)整個(gè)測(cè)試過程進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，或向檢修單位報(bào)告，以便快速處理事故范圍，從而增強(qiáng)高壓測(cè)試的科學(xué)性和安全性。

7.5 在高壓測(cè)試中強(qiáng)化安全設(shè)計(jì)

高壓試驗(yàn)與其他試驗(yàn)相比有較大危險(xiǎn)性，所以在進(jìn)行高壓試驗(yàn)之前，必須對(duì)其進(jìn)行安全設(shè)計(jì)。因此，在進(jìn)行高壓測(cè)試時(shí)，必須對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行接地，以便獲得電壓、感應(yīng)放電、絕緣隔離、安全距離等參數(shù)，并能保證實(shí)驗(yàn)人員的人身安全。

綜上所訴，高壓電力設(shè)備的絕緣測(cè)試是保證高壓電力設(shè)備安全和正常工作的重點(diǎn)。高壓電力在使用過程中容易受到電場(chǎng)、環(huán)境條件、機(jī)械應(yīng)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(jìn)行絕緣測(cè)試。高壓電力絕緣測(cè)試，既可正確地判定其絕緣性能，又可對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。