浅谈高电压与绝缘技术

1、高电压与绝缘技术电子信息工程学院论文 高 电 压 与 绝 缘 技 术院、系(站):电子信息工程学院学科专业:电气工程及其自动化学 生:任轩学 号:1304171162015/10/10摘要在电气设备中，其绝大多数都直接暴露在空气中作业，这就对绝缘技术提出了更高的要求。同时，随着经济的快速发展，加强高电压与绝缘技术的结合，对我国高电压工程的发展起着至关重要的作用。而如何运用高电压绝缘技术并寻求全新的突破则成为电力企业可持续发展的关键。 本文将从以下几个方面对其进行分析。关键词：高电压，电气设备，绝缘诊断，预防性试验，探讨，高电压 绝缘技术，有机绝缘材料，19Summary In electric

2、al equipment, its most directly exposed to the air operation, it puts forward higher requirements on insulation technology. At the same time, along with the rapid development of economy, strengthening the combination of high voltage and insulation technology, high voltage engineering of our country

3、plays an important role in the development. And how to use high voltage insulation technology and seek new breakthrough to become the key to the sustainable development of the electric power enterprise. This article will from the following several aspects to analyze it.Key Word：high voltage，electric

4、 accessory，Insulation diagnosis，preventive trial，discuss，High voltage insulation technology，  organic insulating material目录1绪论51.1前言51.2主要研究方向52 预防性试验的分类情况62.1按照试验的范围进行分类6 2.1.1定期试验6 2.1.2大修试验6 2.1.3检查试验62.2按照试验性质进行分类6 2.2.1非破坏性试验6 2.2.2破坏性试验 73 绝缘诊断74试验的设备和仪器85高电压的外绝缘85.1外绝缘材料8 5.1.1电工陶瓷材

5、料8 5.1.2有机绝缘材料85.2 高电压设备外绝缘面临的主要问题95.3 提出针对高电压有机外绝缘的对策9 5.3.1针对高压电有机外绝缘老化问题，提出对策9 5.3.2针对有机外绝缘产品需要的原料质量，提出对策10 5.3.3针对有机外绝缘产品承载的相关性能，提出对策105.4高电压设备有机外绝缘的应用与发展趋势10 5.4.1有机绝缘产品在高电压设备上的优势10 5.4.2 在高电压设备外绝缘中有机外绝缘材料的应用10 5.4.3 有机外绝缘产品的发展趋势116 高电压技术试验研究探讨的主要特点116.1实验性强116.2理论性强116.3 交叉性强117 高电压与绝缘技术领域的发展现

6、状128高电压有机外绝缘需要研究解决的主要问题139 结论14致 谢15参考文献161绪论1.1前言目前由于高电压工程的不断壮大，高电压工程中绝缘技术的问题得到了管理者的广泛关注。虽然我国在技术上有所完善和进步，但是仍存在一些问题和不足需要改进。在建设社会主义的和谐社会的新时期，进一步加强高电压与绝缘技术结合的新发展，是高电压工程发展的一个重要环节。1.2主要研究方向高电压与绝缘技术主要研究方向为：电力系统过电压与绝缘配合，电力系统接地技术，电力设备绝缘技术与绝缘材料，气体放电理论及其应用，电力设备在线监测与状态维修，高电压新技术、电力系统过电压及其防护、电力系统电磁暂态仿真技术、脉冲功率技术

7、及应用、智能化新型电力设备、气体放电与气体绝缘技术、电力设备在线监测、故障诊断、状态评估技术、数字测量及数字信号处理在高电压中的应用、高电压测试新技术、高压绝缘结构及其优化、高压绝缘结构及其优化、电介质理论及应用、电介质材料破坏机理及性能提高、纳米电介质结构、性能及其应用技术 、电气绝缘测试技术、电力设备在线监测及绝缘诊断、电力设备现场绝缘诊断技术、电力设备结构优化及测试新技术、电气功能材料与器件及测试技术、光电介质材料与器件、敏感材料及传感器、铁电材料的研究、空间环境绝缘测试及应用技术、电磁环境生物效应及应用、风力发电与高速电力机车、变频电机绝缘技术、高电压大电流技术及自动化、城市能源合理优

8、化配置、新型燃料电池与先进能源材料制备及系统研究等。 在电力系统中，设备的绝缘强度无疑是人们关注的焦点，设备的绝缘强度下降是由于各类因素综合造成的，其过程是随机的、持续性的，所以加强对设备的预防性监测是保证电力设备安全稳定运行的一大重要措施。绝缘试验是检测电气设备的各项绝缘参数，来判断设备是否存在缺陷，绝缘试验的目的是采用多种测试方法，全面的判断设备绝缘情况，从而消除电气设备的绝缘隐患，以根本保证电气设备能够正常运行。 绝缘诊断和预防性试验是电力设备维护和运行工作中一个不可或缺的工作环节，是有效保障电气设备安全稳定运行的有效手段。从以往的发展来看，电力部门、大型企业、工矿企业等企业的高压电力设

9、备都基本是按照电力设备预防性试验规程来进行预防性试验，这表明了预防性试验能够及时的发现电力设备中的缺陷，以及时消除隐患保障企业的安全2 预防性试验的分类情况2.1按照试验的范围进行分类2.1.1定期试验定期试验是为了能够及时发现整体电气设备的潜在缺陷而进行的，每隔一定的时间对整体设备进行全面的试验，如介质耗损因素、绕组直流电阻、溶解气体的色谱分析、绝缘油试验、直流泄漏、交流和直流耐压等。2.1.2大修试验大修试验是指在设备经过了大修后做的试验，除了定期试验外，还需要对局部放电、穿心螺栓绝缘电阻、断路器分合闸的时间和速度、油箱密封试验等项目进行试验。2.1.3检查试验检查试验是指在定期试验或者大

10、修试验过后，对两者的试验结果存在疑问或试验数据异常，在查明设备故障后或确定故障位置时进一步进行的一些试验，检查试验又称为诊断试验，具体项目有绝缘油含水量与油介质、空载电流、绕组频率响应、压力释放器、短路阻抗、氧化锌避雷器工频操控电压试验等。2.2按照试验性质进行分类2.2.1非破坏性试验 该试验方法是使用较低的试验电压或者采用不会对被测试的设备的绝缘产生累计性损伤的方法，根据绝缘介质中发生的各类物理过程，如吸收、电导、极化等，测试其绝缘的各类参数，如介质耗损角正切、绝缘电阻和极化指数或者吸收比、泄漏电流等，以及和极化吸收过程中相关特性（主要表现在时间和变化规律上）与绝缘冷却煤质的其他系列的特性

11、（油中水分含量、含气体量、其他化学成分等），根据以上的特性来判断设备的绝缘性能，以便及时的发现设备中的缺陷，也可以通过以往试验累计的数据，综合的分析设备的绝缘性能变化趋势，从而判断设备内部的绝缘性能，但该方法仅供参考，结果不是直接测试出来，不能及时反映设备的内部绝缘情况。2.2.2破坏性试验 破坏性试验顾名思义对被测试设备具有破坏性，该试验方法是在被测试设备上施加高于设备额定电压的试验电压，以便找出危险性较大的集中性缺陷，并直接对被测试的设备的绝缘耐压水平或者裕度进行测试，该试验方法对被测试的可靠性考验比较严格，但对被测试的设备有较强的损伤，会直接导致被测试设备的绝缘性能下降，严重时还会在试验

12、中出现不可逆的击穿现象。3 绝缘诊断 通常的基本绝缘试验项目主要包括有：绝缘电阻、介质耗损、直接和交流耐压、直流泄漏电流。通过绝缘性能的试验可以有效的判断出测试设备的内部绝缘性能，并能预测出设备的绝缘情况，推断出了设备绝缘的老化情况和绝缘油的劣化情况，以便及时的发现隐患，制定缺陷维修计划，保证设备安全稳定工作。 绝缘电阻试验过程中，对于变压器的吸收比试验还不够全面，一些新出厂或者检修后烘干后容量比较大的变压器，它们的绝缘电阻普遍比较高，但它们又存在吸收比偏小的情况，这时怀疑其为不合格产品，如果用极化指数试验，就比较容易做出判断，从介质理论上来看，吸收比试验的时间短，极化过程尚处于开始阶段，不能

13、真实的反映出绝缘情况。 对电场干扰下的设备介损测试改善的方法，如果采用电子移相抵消方法和异频法等比较新的测试方法，在操作上更加简便，有效的提高测试效率，但有一种电源倒向与自动计算的方法在外界干扰较大的情况下，测试的误差会比较大。 在进行交流耐压测试中，如SF-6组合电器和大型发电机等大容量的试品进行测试时采用工频串联谐振的方法日益增多。 对于电力变压器的定期试验中，对油中的溶解气体进行色谱分析作为试验的重点，从以往的经验来看，大多数的电力变压器的问题都是从色谱分析中发现的。 对变压器的绝缘更换主要取决于油中的含糠醛量与绝缘纸板聚合度。 当对氧化锌避雷器的试验中出现交流阻性电流测试或直流电压试验

14、不过关时，应该进一步的进行交流工频参考电压试验。4试验的设备和仪器测量的仪表采用微机控制，数字化显示，在读数上更加准备、方便，数字储存的电子示波器的运用，可以让波形和测量值进行离线分析，也能实现打印，增强了测试的实用性。 高压直流电压试验设备功能更加多样和完善，目前的交流耐压试验中有多种串联谐振试验设备，无论在电压等级还是功率上都得到了很大的提高，也存在测量大型电力变压器绕组直流电阻的设备，在测试中有效的解决了以前的五柱式三角绕组问题，利用微机进行控制，稳流的性能得到提高，测量的时间也相应的缩短。出现的数字兆欧表，能够及时的计时，还能显示出极化值和吸收比值，并具有自动放电的功能。借鉴以前的在线

15、监测仪器的优势再引进国外先进技术基础上研发出了部分具有国际先进水平的在线监测仪器，如变压器在线局部放电监测、在线变压器油色谱监测、断路器微机监测设备、红外接触电阻测量仪器、氧化锌避雷器在线监测等。5高电压的外绝缘5.1外绝缘材料5.1.1电工陶瓷材料以前，高电压外绝缘的材料大多是电工陶瓷，这是因为电工陶瓷具有以下优点：良好的环境稳定性、良好的机械性能、良好的电气性能、价格高低适度等。但是，它本身也有一定的缺点，主要表现在：具有亲水性、易脆易碎、抗冲击力差等，特别是具有亲水性这一缺点，是目前电工陶瓷绝缘技术面对的重大难题。 5.1.2有机绝缘材料 近年来，随着化学工业技术的飞速发展，较多的绝缘材

16、料尤其是有机绝缘材料被生产出来，且以前一些性能较差的有机绝缘材料得到了改进。与此同时，一些有机绝缘材料开始被用于高电压外绝缘领域。但是，目前无法找到一种材料去满足高电压外绝缘的机械优良性能，在这种情况下就产生了复合绝缘结构技术。目前，常见的复合绝缘技术有机材料主要包括：聚四氟乙烯、脂环族环氧树脂、硅橡胶、乙丙橡胶等，甚至有些国家还采用了聚烯烃以及聚合物混凝土、丁基橡胶等一些材料。 聚四氟乙烯的环境稳定性和电气性能在所有有机材料中几乎是最好的。硅橡胶在耐老化和电气性能方面与聚四氟乙烯不相上下。硅橡胶在高电压外绝缘领域得到广泛应用的原因在于：它具有憎水性的迁移性，与其它有机绝缘材料相比，硅橡胶具有

17、较好的的耐湿性和耐污性。乙丙橡胶因其价格便宜，虽然在耐老化方面比聚四氟乙烯较差，但也得到了巨大的应用。 5.2 高电压设备外绝缘面临的主要问题 户外设备的外绝缘相较于室内设备的外绝缘而言，其运行条件上要更加得复杂、多样，其面临的问题也更多。因此，在绝缘技术的研究上，对户外设备的外绝缘研究始终是高电压外绝缘技术的研究主体。 对户外绝缘所面临的问题进行详细地分析，有如下几点：第一，在雷雨天气下，由于雷击所造成的雷电过电压问题；第二，因电力系统故障操作，而引发的操作过电压问题；第三，在下雨天气下，高电压设备在工作电压下的雨闪问题；第四，因清晨露水凝于电气设备表面，而造成电气设备在工作电压下的露闪问题

18、；第五，因电气设备长期处于户外作业下，其表面存在着大量的污垢，而一旦遇到潮湿气象在工作电压下势必会出现污闪问题；第六，电气设备的本身结构力在大风、覆冰、地震的拉、压、弯、扭下出现的机械负荷问题；第七，高电压绝缘材料在长期运行下，其逐渐变得老化、劣化。 而室内设备的外绝缘因受到房屋的保护，工作环境没有那么复杂，不会出现雷击、雨闪等问题。所以，室内设备的外绝缘问题也相对较少，常见的问题也就是露闪问题、污闪问题、操作过电压问题、设备本身结构力问题。5.3 提出针对高电压有机外绝缘的对策 5.3.1针对高压电有机外绝缘老化问题，提出对策 大家都知道，把有机材料用于高电压外绝缘，产生老化是不可避免的。高

19、电压有机外绝缘产生的老化，有以下几个方面的因素：例如寒暑温差差异、经常性的日晒雨淋、因放电产生的臭氧致使的老化、局部电晕导致的老化、长期的机械应力产生的老化、局部电火花导致的老化等，以及上述各种老化因素不同程度叠加后产生更为严重的老化5。因此，进行研究不同的老化因素以及各种老化因素不同程度叠加组合情况分析，旨在为取得更好的改进材料的性能，缩短新材料试验的时间，更好的应用于高电压外绝缘，减少或缩短老化的程度与时间，这对研究老化具有重要的意义。 5.3.2针对有机外绝缘产品需要的原料质量，提出对策 为解决高电压有机外绝缘产生的这些问题，也是难度很大的。为此，国内各生产有机外绝缘产品的原料厂家及原料

20、生产商要保证其质量、稳定性等，这是关系到高电压有机外绝缘广泛应用是否成功的重要因素之一。 5.3.3针对有机外绝缘产品承载的相关性能，提出对策 针对有机外绝缘产品承载的相关性能问题，也要进行更多的深入的研究。5.4高电压设备有机外绝缘的应用与发展趋势 5.4.1有机绝缘产品在高电压设备上的优势 从第一代棒形悬式合成绝缘子开始，其就因重量轻、体积小等诸多优点，而被广泛使用。尤其是近年来，随着有机外绝缘产品的不断发展与广泛应用，其性能更是在使用中不断优化。其中重量轻这一优点，恰恰在高电压设备生产安装中具有十分重要的意义。尤其是对野外输电线路工程而言，其作用更为明显，优势也更大。 5.4.2 在高电

21、压设备外绝缘中有机外绝缘材料的应用 有机外绝缘材料在绝缘领域中的广泛应用，标志着我国绝缘技术走向了一个新的阶段，也体现了我国科学技术的不断发展。目前，在电力工程中，绝缘领域中所应用的陶瓷产品中就含有有机材料。而在棒形悬式合成绝缘子中有机材料的成功运用与推广，更是有机外绝缘材料成功应用的一个重要标志。 直至20世纪90年代，经过相关电力科研人员的不断努力探索与分析研究，其他绝缘产品也被不断地生产出来，与此同时合成绝缘子技术应运而生，并得到了飞速地发展与广泛地应用。据不完全数据统计，当前的输电线路中合成绝缘子拥有举足轻重的地位，在整个绝缘子市场份额中也占据了将近10%的比例。可以说现阶段我国的合成

22、绝缘子已经成为有机外绝缘的重要组成部分。也正因如此，近些年来我国已经将加强对合成绝缘子技术的研究放在了绝缘子研究的主体地位，给予了高度重视与充足的人力、物力支持。目前我国的合成绝缘子技术已经达到了国际化领先水平，而其在促进电力工程进一步发展的同时，也使人们对高电压绝缘技术有了一个更加深层次的认识。 5.4.3 有机外绝缘产品的发展趋势 我们可以看到，有机外绝缘技术的不断发展与广泛应用，不仅打破了传统电工陶瓷在绝缘行业中的垄断地位，更为绝缘技术建立了一个更为科学的研究与应用体系，有机绝缘技术也受到了越来越多人们的关注。而现今电力工程中有机绝缘产品的广泛应用，更是充分地向我们展示出了有机绝缘技术的

23、未来发展趋势势必是不可限量的。因此，我国更应该不断加大对有机绝缘技术研究的投入，进而为创新绝缘技术，寻求更大的技术突破做铺垫6 高电压技术试验研究探讨的主要特点6.1实验性强试验和分析表明，影响截至再高电压下行为的因素甚多。因此，根据特定条件所得出的理论，通常具有较大的局限性。为了获得具有普遍意义的结果，需要从大量的实验结果中抽取反映本质的因素。缺少这个由浅入深，由表及里的研究过程，基础理论的水平难以提高。从这个意义上说，实验的重要性在本学科的发展中起着至关重要的作用。6.2理论性强由于放电和击穿是发生在非限定空间的一种到点现象，其内在规律无法从路的观点来描述，只能从易受各种因素影响的场的理论

24、出发，由于过程复杂，只是表征其内在规律的理论基础至今尚不成熟，而且带电粒子的行为与物理特性和状态关系密切，这就更增加了理论探讨的难度。所以，长期以来理论研究一直沿着宏观、班微观、微观的方向逐步深化。因此不可避免的和电磁场理论、气体动力学、基础热力学、电介质物理、等离子体物理、电碱流体力学、统计物理等具有十分密切的联系。6.3 交叉性强在吸收其他新兴学科的最新成就促进自身不断发展的同时，高电压技术也在不断的向其它学科渗透并成为开拓新学科技术不可或缺的理论和技术基础，高功率脉冲技术的出现就是个突出的实例。7 高电压与绝缘技术领域的发展现状 随着我国经济的快速发展，国民经济建设中涉及电气工程尤其是高

25、电压与绝缘技术专业的重大工程被提上议事日程。当前，面对电力严重供应不足的局面，我国正大力发张电力工业。据估计，我国的发电容量为：1980年为3006亿kw/h；19951996年，年发电量跃居世界第二位，而且增长迅速，2002年我国的发电量已达16000亿kw/h。按照装机容量，1996年底我国发电设备的装机容量已达2.3亿kw，居世界第二位。2002年更是达到了3.53亿kw。随着国家电力工业的战略布局，西电东送工程蓬勃展开。随着电力需求日益增长，为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网等交流输电难以实现的现状，直流输电由于传输功率大、线路造价低、控制性能好等特点，作为重点输电工程在国内大

26、力发展。 在电气化铁路事业中，目前高速铁路是国家发展重点，随着京沪高速铁路的的论证，中国已经开始新一轮高速电气化铁路的建设。同时，城市轨道交通的建设，包括地铁和城市轻轨，这些都为高电压与绝缘技术专业的研究生从事科研工作提供了前所未有的机遇与挑战。一方面，在高电压输电领域的推动下，合成高分子材料迅速替代天然材料，这也成为电气设备的主要研究和开发热点；另一方面，功能电介质（包括铁电、压电材料）开始崭露头角，无线电技术成为其主要应用背景。到世纪末，计算机及光电子技术的蓬勃发展，又推动电介质的研究开发进入微波与光频波段。 在新世纪中，纳米材料将大大促进功能电介质的发展，将给传统绝缘学科找到新的突破点；

27、而包括从极低频至光频波段的电介质理论和测量技术发展成就，将会在生物学科和技术领域起到举足轻重的作用。青藏铁路（格拉段）的建设，也提高了在高海拔、永冻土地区如何进行有效的防雷接地工程等一系列的新课题。随着我国国防事业的发展，脉冲功率技术也得到了迅猛的发展，这其中涉及到的有关材料、运行、评估等问题，也是高电压与绝缘技术专业科研技术专业科研工作者及研究生面临的新问题。 中国得天独厚的地理资源以及国家经济的迅速发展，为当今科研工作者提供了前所未有的机遇与挑战。高电压与绝缘技术学科跨度广阔，涉及物理、化学、材料、电气等，理论研究深至凝聚态物理，工程应用广到电气设备的监测与评估。该学科综合性很强，既有多学

28、科的交接与成果积累，又有科研与工程的结合，因此要求博士生的基础扎实，对学术研究与工程开发都有较好的适应性与可造型。8高电压有机外绝缘需要研究解决的主要问题 首先是关于介质放电和击穿理论及其特性的研究。在气体方面，除了重视对气体放电基本理论方面新见解的探讨外，主要是强电负性气体及其混合介质，重点是研究这类气体放电及灭弧理论的研究，为提高我国断路器的水平提供可靠的依据。界面放电理论特别是在污秽条件下界面放电理论的研究是至关重要的。至于长间隙（雷电）放电的研究，重点是与国民经济密切相关的防雷新原理和新方法的研究。 在固体介质方面，应加强基础理论研究，因此比起先进国家来我国的研究基础还比较薄弱。要特别加强组合均远截至击穿理论和略化理论的研究。另外，空间电荷分布和运动规律对击穿过程影响的研究也具有十分重要意义。 为了不太长时间内达到放电和击穿理论以及介质特性的研究方面有较大的进展，在我国目前的条件下应十分注意加强联合研究。这样，可以充分发挥仪器设备的作用尤其游离于学术视野的扩大，同时还要提倡开拓和创新。 其次是关于