關(guān)鍵詞： 無(wú)局放試驗(yàn)變壓器；工頻耐壓試驗(yàn)；高電壓試驗(yàn)技術(shù)；SF6絕緣；高電壓試驗(yàn)變壓器耐壓成套裝置，充氣式試驗(yàn)變壓器，高電壓試驗(yàn)變壓器耐壓成套裝置，高電壓試驗(yàn)變壓器成套裝置，充氣式交直流試驗(yàn)變壓器，充氣試驗(yàn)變壓器

AI助推無(wú)局放耐壓試驗(yàn)成套裝置的新研究成果表述

摘要

隨著特高壓輸電、新能源發(fā)電、電力電子裝備及電工產(chǎn)品的快速發(fā)展，電力設(shè)備絕緣性能評(píng)價(jià)技術(shù)正向高精度、高可靠性和智能化方向邁進(jìn)。局部放電試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的重要手段，其檢測(cè)精度和試驗(yàn)電源質(zhì)量直接決定試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。針對(duì)傳統(tǒng)油浸式高壓試驗(yàn)設(shè)備存在體積大、重量重、局部放電背景值高、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性差等問(wèn)題，研發(fā)了一種基于SF?氣體絕緣技術(shù)的工頻無(wú)局放高電壓耐壓試驗(yàn)成套裝置。該設(shè)備采用新型絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、低局放電磁場(chǎng)控制技術(shù)及高壓屏蔽工藝，實(shí)現(xiàn)了高電壓輸出條件下極低局部放電量的穩(wěn)定運(yùn)行，為變壓器、互感器、電纜、GIS、開(kāi)關(guān)設(shè)備及新能源電氣裝備提供高質(zhì)量試驗(yàn)電源。本文系統(tǒng)闡述了設(shè)備研發(fā)背景、局部放電理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及工程應(yīng)用成果。

一、研究背景

在電力系統(tǒng)中，絕緣系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行安全。

近年來(lái)，隨著我國(guó)電網(wǎng)向超高壓、特高壓方向發(fā)展，大容量變壓器、高壓電纜、GIS組合電器、換流閥設(shè)備等電力裝備對(duì)絕緣性能提出了更高要求。

實(shí)踐表明：絕大多數(shù)絕緣故障并非瞬間擊穿形成，而是由局部放電長(zhǎng)期發(fā)展演變而來(lái)。

因此，在設(shè)備出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)及狀態(tài)檢修過(guò)程中，局部放電檢測(cè)已成為評(píng)價(jià)絕緣系統(tǒng)健康狀態(tài)的重要依據(jù)。

依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

* IEC 60270《高壓試驗(yàn)技術(shù)——局部放電測(cè)量》

* IEC 60060《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》

* GB/T 7354《局部放電測(cè)量》

* JB/T 9641《試驗(yàn)變壓器技術(shù)條件》

均對(duì)局部放電試驗(yàn)電源提出嚴(yán)格要求：試驗(yàn)電源本身產(chǎn)生的局部放電量必須遠(yuǎn)低于被試品允許局放水平。因此，高品質(zhì)無(wú)局放高壓試驗(yàn)設(shè)備成為現(xiàn)代高壓試驗(yàn)領(lǐng)域的重要研究方向。

二、局部放電理論基礎(chǔ)

2.1 局部放電定義

局部放電（Partial Discharge，PD）是指：

絕緣系統(tǒng)內(nèi)部或表面局部區(qū)域發(fā)生的不擊穿現(xiàn)象。

其特點(diǎn)為：

* 放電范圍有限

* 未形成完整導(dǎo)電通道

* 不會(huì)立即導(dǎo)致絕緣失效

* 長(zhǎng)期作用將加速絕緣老化

局部放電主要表現(xiàn)為：

氣隙放電

絕緣內(nèi)部氣泡產(chǎn)生電離。

放電

電場(chǎng)集中區(qū)域產(chǎn)生電暈。

表面放電

沿絕緣表面形成放電通道。

懸浮電位放電

金屬懸浮部件引起局部電場(chǎng)畸變。

2.2 局部放電對(duì)設(shè)備的危害

局部放電會(huì)產(chǎn)生：

* 高頻電脈沖

* 紫外輻射

* 臭氧

* 熱效應(yīng)

* 化學(xué)分解產(chǎn)物

長(zhǎng)期作用將導(dǎo)致：

* 絕緣介質(zhì)老化

* 樹(shù)枝狀放電發(fā)展

* 絕緣擊穿

* 設(shè)備故障停運(yùn)

統(tǒng)計(jì)表明：約70%以上的高壓設(shè)備絕緣故障與局部放電活動(dòng)密切相關(guān)。

因此，局部放電檢測(cè)被譽(yù)為：電氣設(shè)備絕緣系統(tǒng)的“CT掃描”。

三、無(wú)局放高壓試驗(yàn)電源研發(fā)需求

局部放電試驗(yàn)過(guò)程中，若試驗(yàn)電源自身產(chǎn)生放電，則會(huì)導(dǎo)致：

* 背景噪聲升高

* 測(cè)量誤差增大

* 無(wú)法判斷被試品真實(shí)放電量

* 試驗(yàn)結(jié)果失真

因此必須采用：無(wú)局放試驗(yàn)變壓器

要求：

* 放電量極低

* 電場(chǎng)均勻

* 輸出波形穩(wěn)定

* 絕緣裕度高

通常要求：

* 試驗(yàn)電壓下局放量≤5pC

* 部分設(shè)備要求≤2pC

四、新型無(wú)局放高電壓耐壓試驗(yàn)裝置研發(fā)成果

4.1 SF?氣體絕緣技術(shù)創(chuàng)新

研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研究，將SF?氣體絕緣技術(shù)引入試驗(yàn)變壓器領(lǐng)域。

SF?具有：

* 介電強(qiáng)度

* 優(yōu)異滅弧能力

* 良好熱穩(wěn)定性

* 不燃燒

* 不助燃

其絕緣強(qiáng)度約為空氣的：2.5～3倍

因此顯著提高設(shè)備絕緣水平。

4.2 新型高壓絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備采用：

* 多級(jí)圓柱框式鐵芯

* 高強(qiáng)度絕緣筒

* 塔式連續(xù)繞組結(jié)構(gòu)

高壓繞組采用：QZ型漆包導(dǎo)線連續(xù)繞制工藝。

其優(yōu)勢(shì)：

* 電場(chǎng)分布均勻

* 消除局部效應(yīng)

* 減少電暈放電

* 降低雜散電容

從源頭控制局部放電產(chǎn)生。

4.3 無(wú)局放電場(chǎng)優(yōu)化技術(shù)

研發(fā)過(guò)程中應(yīng)用：三維電場(chǎng)仿真分析

通過(guò)有限元分析軟件建立：

* 繞組模型

* 套管模型

* 屏蔽結(jié)構(gòu)模型

實(shí)現(xiàn)：

* 電場(chǎng)均勻化設(shè)計(jì)

* 場(chǎng)強(qiáng)控制

* 電位梯度優(yōu)化

顯著降低局放發(fā)生概率。

4.4 輕量化結(jié)構(gòu)成果

與傳統(tǒng)油浸式設(shè)備相比：設(shè)備重量降低：20%～60%

實(shí)現(xiàn)：

* 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸方便

* 安裝效率提升

* 維護(hù)成本降低

特別適用于：

* 電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)

* 變電站預(yù)防性試驗(yàn)

* GIS現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

* 電纜耐壓試驗(yàn)

五、工頻耐壓與局部放電聯(lián)合試驗(yàn)技術(shù)

現(xiàn)代絕緣評(píng)價(jià)通常采用：

階段局部放電試驗(yàn)

檢測(cè)：

* 起始放電電壓(PDIV)

* 熄滅電壓(PDEV)

* 放電量(pC)

判斷絕緣缺陷。

第二階段

工頻耐壓試驗(yàn)施加規(guī)定工頻電壓。

考核：

* 絕緣強(qiáng)度

* 耐受能力

* 運(yùn)行可靠性

兩種試驗(yàn)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)：

定量評(píng)價(jià)局放水平分析。定性評(píng)價(jià)絕緣耐壓能力驗(yàn)證。形成完整絕緣狀態(tài)評(píng)估體系。

六、設(shè)備工作原理

裝置主要由：

* 調(diào)壓系統(tǒng)

* 無(wú)局放試驗(yàn)變壓器

* 高壓測(cè)量系統(tǒng)

* 局部放電檢測(cè)系統(tǒng)

* 安全保護(hù)系統(tǒng)組成。

輸入電源經(jīng)自耦調(diào)壓器升壓后進(jìn)入試驗(yàn)變壓器一次側(cè)。

依據(jù)電磁感應(yīng)原理：

高壓繞組輸出工頻高壓。

當(dāng)進(jìn)行局放試驗(yàn)時(shí)：

輸出純凈工頻交流電壓。

當(dāng)進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)時(shí)：

通過(guò)內(nèi)置高壓硅堆整流及濾波系統(tǒng)獲得穩(wěn)定直流高壓。

實(shí)現(xiàn)：

* 工頻交流耐壓

* 直流耐壓

* 局部放電試驗(yàn)一體化功能。

七、工程應(yīng)用成果

目前該系列無(wú)局放高電壓試驗(yàn)裝置已廣泛應(yīng)用于：

* 電力科研院所

* 實(shí)驗(yàn)室

* 高壓電器制造企業(yè)

* 電纜生產(chǎn)企業(yè)

* 變壓器制造企業(yè)

* 新能源裝備研發(fā)機(jī)構(gòu)

成功完成：

* GIS局放試驗(yàn)

* 電力電纜局放檢測(cè)

* 電容器局放試驗(yàn)

* 互感器局放試驗(yàn)

* 變壓器感應(yīng)耐壓及局放試驗(yàn)等多種高壓試驗(yàn)項(xiàng)目。

設(shè)備運(yùn)行結(jié)果表明：

* 輸出電壓穩(wěn)定

* 背景噪聲低

* 局放測(cè)量精度高

* 現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)

獲得用戶廣泛認(rèn)可。

八、結(jié)論

局部放電是高壓電氣設(shè)備絕緣劣化和故障發(fā)展的重要前兆，無(wú)局放高壓試驗(yàn)電源則是保證局部放電檢測(cè)準(zhǔn)確性的核心基礎(chǔ)設(shè)備?；?/span>SF?氣體絕緣技術(shù)研發(fā)的新一代工頻無(wú)局放高電壓耐壓試驗(yàn)成套裝置，通過(guò)優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)、電場(chǎng)分布和屏蔽設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高電壓、低局放、高可靠性的技術(shù)目標(biāo)。

該成果不僅滿足現(xiàn)代電力設(shè)備對(duì)高品質(zhì)試驗(yàn)電源的需求，而且推動(dòng)了我國(guó)高電壓試驗(yàn)技術(shù)向智能化、輕量化、高精度方向發(fā)展，為輸變電裝備制造、狀態(tài)檢修及新能源電力裝備檢測(cè)提供了可靠的技術(shù)支撐。