概述

电气设备的使用寿命主要取决于设备内部绝缘材料的性能,对于高压电气设备,绝缘性能的衡量指标有电气性能、机械性能、热稳定性与化学稳定性等。绝缘材料的电气性能主要是指在电场作用下的导电性能、介电性能和绝缘强度,经常用电导率、相对介电常数、介质损耗角正切以及击穿强度4个参数来描述。在电气设备的长期运行过程中,需要用各种技术手段进行电气性能的定期监测,并结合局部放电测量、老化试验等其他项目,对电气设备的绝缘性能作客观的综合评价。
设备的绝缘强度的下降取决于各种因素的综合作用,其过程是随机的,因此,有计划地进行预防性监测,是保证电气设备可靠运行的重要手段。而绝缘试验的目的是采用多种试验方法,检测出被试设备的各种缺陷引起电气性能参数的改变量,从而判断被试设备的绝缘情况,安排消除缺陷性维修,以保证电气设备的安全运行。

预防性试验分类

按试验范围分类

1)定期试验:这是为了及时发现设备潜在的缺陷或隐患,每隔一定时间对设备定期进行的试验。例如油中溶解气体色谱分析、绕组直流电阻、绝缘电阻、介质损耗因数、直流泄漏、直流耐压、交流耐压、绝缘油试验等。
2)大修试验:指大修时或大修后做的检查试验项目。除定期试验项目外,还需作:穿心螺栓绝缘电阻、局部放电、油箱密封试验、断路器分合闸时间和速度、电动机定转子间隙测量等试验,其中有些是机械方面的检查项目。
3)查明故障试验:指定期试验或大修试验时,发现试验结果有疑问或异常,需要进一步查明故障性质或确定故障位置时进行的一些试验,或称诊断试验。例如:空载电流、短路阻抗、绕组频率响应、振动、绝缘油含水量和油介损、压力释放器、氧化锌避雷器工频参考电压试验等。
4)预知性试验:这是为了鉴定设备绝缘的寿命,搞清被试设备的绝缘是否还能继续使用一段时间,或者是否需要在近期安排更换而进行的试验,例如发电机或调相机定子绕组绝缘老化鉴定、变压器绝缘纸(板)聚合度、油中糠醛含量试验等。

按试验性质分类

 

1)非破坏性试验或称绝缘特性试验:使用较低的试验电压或用不会对被试设备绝缘产生累积损伤效应的方法,根据绝缘介质中发生的各种物理过程(极化、吸收、电导等),测量绝缘的各种参数(绝缘电阻和吸收比或极化指数、泄漏电流、介质损耗角正切等),以及与极化吸收过程有关的特性(主要表现为电阻—时间的变化规律)和绝缘冷却媒质的一系列其他特性(化学成分、油中水分及气体含量等),从而判断设备的绝缘能力,及时发现可能的劣化现象,还可以通过历次试验积累的数据,综合分析绝缘特性随时间的变化趋势,从而能显著提高对被试设备内部绝缘缺陷的判断,但此类方法比较间接,不容易作出准确的判断。

2)破坏性试验或称绝缘耐压试验,是在被试设备上施加高于设备工作电压的试验电压,以求揭示危险性较大的集中性缺陷的存在,并直接检验被试设备的绝缘耐压水平或裕度。耐压试验时,对被试设备绝缘可靠性的考验比较直接和严格,缺点是试验可能给被试设备的绝缘造成一定的损伤,并会导致被试设备的绝缘能力下降和可能恢复的缺陷在试验过程中发展为不可逆转的击穿。

绝缘诊断

 

传统的基本绝缘试验项目包括绝缘电阻、直流泄漏电流、介损、直流耐压和交流耐压试验。通过绝缘性能试验,可定期检测电气设备绝缘性能,预测绝缘状况,推断绝缘老化进程、绝缘油劣化等内部薄弱环节,发现现役设备的隐患,安排消除缺陷的维修计划等,以保证设备的安全运行。
1)绝缘电阻试验项目中,发现变压器吸收比试验不够完善,不少新出厂或检修烘干后容量较大的变压器,绝缘电阻绝对值较高,但吸收比(R60″/R15″)偏小,疑为不合格。若采用极化指数试验(R600″/R60″)后,就易于作出明确判断。
从介质理论来分析,吸收比试验时间短(仅60s),复合介质中的极化过程刚处于开始阶段,尚不能全面反映绝缘的真实面貌,极化指数试验时间为600s,介质极化过程虽未完成,但已初步接近基本格局,故能较准确地反映绝缘受潮情况。从技术发展历史来看,工业发达国家从20世纪40年代至今都一直采用极化指数试验,不采用吸收比试验。
2)改进在电场干扰下测量设备介损时的抗干扰方法。如采用电子移相抵消法和异频法等新方法,且操作方便,提高了工作效率,但另一种采用电源倒向和自动计算的方法在干扰较大时,误差仍较大。
3)6~35kV中压橡塑绝缘电力电缆(指聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘和乙丙橡胶绝缘电缆),取消了投运后的直流耐压试验项目,代之以测量外护套和内衬层的绝缘电阻。这是因为高幅值直流电压在宏观上会降低橡塑电缆绝缘寿命,不少直流耐压试验合格的橡塑电缆在运行中发生击穿事故,这已在理论和国内外的运行实践中证实。但对于35kV及以下纸绝缘电缆,多年经验表明,直流耐压试验仍是行之有效的预防性试验项目,能发现许多潜在缺陷,故还应继续执行。
4)交流耐压试验中,对大容量试品(如SF-6组合电器、大型发电机等)采用工频串联谐振方法的日渐增多。
5)电力变压器的定期试验项目首先应是油中溶解气体的色谱分析。绝大部分的变压器缺陷都是从色谱分析发现的。
6)35kV固体环氧树脂绝缘的电流互感器增做局部放电试验。
7)在需要时做变压器油中含水量、油中含糠醛量和绝缘纸板聚合度试验,后2项试验的目的在于决定是否需要更换绝缘。
8)氧化锌避雷器如果直流电压试验或交流阻性电流测试不合格,应做交流工频参考电压试验,以作出进一步判断。

电气设备绝缘寿命预测

 

高压电气设备寿命预测主要是绝缘寿命预测,它是长期以来人们一直在研究的课题。该项研究可分为2类,一是针对各种绝缘材料;二是针对实际设备的绝缘系统。单纯绝缘材料的寿命模型不能直接运用于实际设备,但对实际绝缘系统的结构布置、材料选择及老化评估有重要的参考价值。
超过设计年限而继续运行的重要设备如发电机、变压器等的绝缘寿命预测技术有着显著的经济意义。“超寿命”设备继续运行的前提是必须可靠地估计其残余寿命。如变压器寿命不决定于已运行的年数而应由其绝缘实际状况决定是否能继续使用,并提出了“绝缘年龄”的概念,以油中CO、CO2、糠醛并结合纸绝缘的抗拉强度和聚合度测量来估算。随着“绝缘年龄”增加,设备运行的可靠性将降低;当可靠性低于某一预定值时,认为绝缘寿命已尽,设备即退出运行或进行相应的处理。