绝缘检测

高温超导（High-Temperature Superconducting，HTS）电缆是前沿尖端技术，在全球范围内处于挂网示范，少量商业应用的阶段。HTS电缆的绝缘结构在整个 HTS 电缆中占有重要地位，为超导电缆的安全运行提供了保障。液氮浸渍聚丙烯层压纸（polypropylene laminated paper, PPLP）是一种广泛应用于高温超导电缆的绝缘结构，PPLP绝缘材料长期服役于高场强环境下，其化学组成和结构会发生一系列的变化导致绝缘性能下降。因此，研发PPLP绝缘劣化的机理及无损检测方法，对于提高高温超导电缆的绝缘可靠性、进而对保证电力电缆系统的安全可靠运行具有重要意义。

气体绝缘金属封闭开关设备（简称:GIS）局部放电特高频检测技术规范等系列标准属高电压与绝缘检测技术领域，涉及电磁测量及射频技术。主要解决特高频检测规范化进度严重滞后于应用需求、尚无统一的检定方法和装置性能指标、国内外尚未建立局部放电检测系统试验检验体系、监测系统如何适应变电站复杂电磁环境、已安装的在线监测系统如何进行现场标定、传感器配置方案是否合理等一系列导致在线/离线局放检测失效等难题。旨在促进我国 GIS 设备局部放电特高频检测技术规范化发展，实现 GIS 局部放电有效检测、准确诊断， 从而提升 GIS 设备可靠性，确保电网安全稳定运行。 本系列标准由《DL/T 1630-2016 气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频检测技术规范》等 6 项电力行业标准、1 项南网企业技术标准构成。是广东电网 20 年 GIS 局部放电特高频检测应用经验的结晶，是南方电网重点科技项目的结晶。是对局部放电特高频检测装置和带电监测装置相关定义、通用技术要求、专项技术要求、试验条件、试验项目、试验方法及检验规则等方面的内容的系统规范，填补了国内外 GIS 局部放电特高频检测标准的空白。为保证本系列标准的科学性和实用性，广东电网公司电力科学研究院与清华大学、华北电力大学、华中科技大学、中国电科院、西安高压电器科学研究院、英国 DMS 等重点高校、科研院所、设备主流生产商进行了广泛的交流合作，并到中国计量院进行校准设备溯源。针对国内外 32 家主流供应商的特高频局部放电检测装置进行检验和标定，促进了检测装置的规范化发展。本系列标准在能源行业广泛应用，创造了巨大的经济效益和社会效益。 本系列标准的研制过程中，共形成了授权发明 8 项，实用新型专利 8 项，发表 SCI 论文 4篇，EI 和核心论文 14 篇，获得了南方电网科技进步一等奖、广东省科学技术二等奖、中国电力科学技术二等奖等省部级奖励。本系列标准已在南网公司、国网公司、发电企业、局部放电检测设备制造企业等广泛应用。中电联在《中国电力标准化 2018 年度发展报告》中对本项目的系列标准给予了高度评价：本系列标准为开展变电设备监测装置的设计、生产、检验、验收和运行管理提供参考依据，对确保变电设备安全稳定运行具有重要意义。

配电网覆盖面广、结构复杂。全国配电网有6亿余组在运电磁式电压互感器，由此引入了大量的非线性铁磁元件，谐振现象极为普遍。2015年国家能源局发布《配电网建设改造行动计划》，南网、国网积极落实，配电网进入高速发展阶段，随着分布式电源及冲击性负荷广泛接入，铁磁谐振问题越发凸显。每年因铁磁谐振引起的配网故障近3万起，经济损失数以亿计，且引发设备爆炸造成人身伤亡，安全问题突出。然而，铁磁谐振是非线性电感与电容的复杂振荡现象，其当前谐振阈值评估困难，属于行业“难点”；传统消谐方法，识别率低、消谐时间长、效果差，属于行业“断点”；谐振互感器绝缘检测，属于行业“热点”。因此，如何高效、准确、快速抑制谐振，已成为行业内亟需解决的关键共性技术难题。 依托国家自然科学基金及南网公司科技项目，经过近10年研究攻关，建立了配电网铁磁谐振防治标准体系，攻克了新型防铁磁谐振互感器设计、快速高效防治及互感器绝缘状态监测关键技术。主要创新如下：

采用柔性电缆进行旁路带电检修的项目越来越多，10kV 配网电缆线路由于长时间运行使用后，电缆肘型头内硅脂膏老化导致绝缘部分与环网柜、分支箱连接头发生粘连，使10kV配网电缆线路采用旁路作业法检修时，拆除环网柜、分支箱电缆肘型头时需对电缆肘型头进行破坏性拆除，导致绝缘性能下降增加旁路安全运行风险;且费时、费力拆除困难，增加作业人员劳动强度。 另外，在作业过程中，电缆敷设好以后，因电缆头没有合适的固定装置，电缆头大部分都是直接集中放置在地上或垫子上，当- -侧搭接到带电体上，另一侧等待搭接时，未搭接的一侧就有短路或触电危险;或者拆除时，一侧拆除而另- .侧未拆除时，先拆除的一侧就有短路或触电危险:因为两侧电缆头唯一的开关就 是旁路负荷开关，无明显断开点，如在作业过程中发生绝缘击穿故障，将造成不可估量的严重后果。另外，《中 国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》要求，不应在只经断路器或只经换流器闭锁隔离电源的设备上工作。 旁路作业需要检测和核对相位。检测的要求如下++: 一是绝缘检测应逐相进行，未检测两相可靠接地，被检测相的其中--端悬空并与接地体保持绝缘，检测完毕，后检测相和兆欧表及时对地放电，检测值符合送电要求:二是通流检测应逐相进行，未检测两相悬空，检测相的其中一端可靠接地，检测完毕后检测相和兆欧表及时对地放电。 另外，在开展环网柜及分支箱不停电作业检修时，旁路电缆- -侧取电后，另外- -侧在接入系统前需要核对相位，由于环网柜和分支箱都是在地面装设，无满足安全距离要求的、能固定待接入旁路电缆的位置，而市面上目前也没有符合带电作业要求的专用支撑工具，在此过程中如果操作不规范，易 发生触电风险。而核对相位时一般都是以绝缘绳用捆绑的方式将电缆T接头在导线侧进行固定，然后再将另外- -侧的电缆T接头与导线进行连通，整个过程费时费力，人机工效低;另外， 绝缘绳在固定过程中，如遇雨雪等不良天气情况时，易受潮，泄漏电流增大，有安全隐患。

本专利技术在国内外同类技术上均有所突破，如下表所示。对电容器组串联电抗器匝间绝缘检测，专利成果实现了电压等级提升至 110kV，形成了交流局放-高频振荡叠加的试验方法以及定量化的试验判据目前对于串联电抗器匝间绝缘检测方法，国际标准 IEC 60076-6-2007、美国 IEEE Std C57.16-1996 、 IEEE Std C57.21-2008、国家标准 GB/T 1094.6-2011、 行业标准 JB/T 5346-2014、JB/T 7632-2006、JB/T 10775-2007、国家电网公司 “10~66 kV 干式电抗器技术标准”等标准中有对干式空心电抗器的匝间过电压试验的相关规定。但是目前的技术手段存在三处不足：一是单纯采用匝间过电压试验或者局部放电试验，无法模拟串联电抗器真实运行工况，能量和电压不足以激发匝间绝缘缺陷；二是对于试验结果尚无定量化的判断依据；三是目前的试验装置不足，具体表现通过球隙放电产生的振荡电压幅值不稳定、设备体积及重量较大、电压等级不够等。由于串联电抗器匝间电压很低，绝缘缺陷难以发现，经常在长期运行过程中进一步发展导致电抗器发生匝间短路故障，对于匝间缺陷的检测需要提高匝间电压，又要保证电抗器设备的安全，不对匝间绝缘造成永久性损伤。因此，需要通过局部放电的方法提高匝间电压，并且在此基础上叠加震荡波进一步提高试验电压，并避免设备绝缘损伤，同时观察该电抗器的局部放电和震荡波衰减情况，以此为依据来检测该串联电抗器是否存在可能引发匝间故障的缺陷。 相关标准中对匝间绝缘试验充放电频率（全波整流 1min 6000 次，半波整流 1min3000 次），每次放电的初始电压峰值（额定电压 6kV 电抗器为户内 45 kV、户外 60 kV，额定电压 10 kV 电抗器为户内 60 kV、户外 79 kV，额定电压 35 kV 电抗器为户内 134 kV、户外 179 kV）均给出了明确的规定，主要是考虑到振荡波试验虽然能够对电抗器施加足够高的初始电压，但是随着振荡过程中电压幅值的衰减，以及有效加压时间的限制，振荡波试验中提供的能量很低，对于匝间绝缘的早期缺陷，高阻性绝缘薄弱点，仅靠振荡波试验并不能有效检测。另外，对于在振荡波试验中出现的可能存在故障的电抗器，还需要进一步的试验加以检验。因此，本专利还提出了电抗器局部放电叠加振荡波检测方案，作为对振荡波检测试验技术的补充。

特高压输电线路出现缺陷和隐患后，往往采用带电作业及时消缺，但其对绝缘工器具的性能要求较高。从目前进行特高压带电作业绝缘工器具电气性能试验的情况来看，±800kv电压等级试验参数相对合理，而1000kV电压等级下的试验电压偏严格，造成工器具非正常损坏。 此外，试验电极布置不合理，高压电极附近电场分布不均匀，工频电压试验时局部放电严重，操作冲击试验时经常发生高压电极对大地、构架放电等非试验通道的分散放电。绝缘杆金属接头电场分布不均匀，形成局部强电场区导致绝缘工器具发生电晕放电或发生闪络放电。同时，在特高压带电作业现场，绝缘电阻检测常采用绝缘电阻表或绝缘检测仪的方式，而这种检测装置绝缘检测精度低、无法有效判断工器具的绝缘性能。而国内外尚未对1000kV电压等级带电作业工器具试验优化技术等开展系统研究，对于试验过程中如何减少因局部放电造成的工器具烧伤问题还未采用有效措施，如遇工器具因试验造成的非正常损坏使得1000kV输电线路未能及时带电作业消缺，将影响特高压电网的安全可靠运行。 在此背景下，为优化1000kV特高压带电作业工器具试验标准、绝缘工器具高压端部电场分布，保障带电作业现场绝缘工器具检测精度，确保特高压交流线路带电作业安全可靠进行，本项目的开展势在必行。

本项目的研究成果包括绝缘工器具批量试验装置、绝缘介质绝缘特性参数分析方法及辅助工具、开关类设备带电检测理论。如果在行业内全面推广，可以简化作业流程，减轻劳动强度，提高劳动效率，减少单位工作量下的人力、物力、财力消耗，确保主变压器的安全稳定运行，对于供电企业更好的满足社会用电的可靠性要求，更好的服务于电力客户，起到了良好的推动作用，给企业带来了更加美好的发展前景和良好的社会声誉。

全国在运干式电抗器数量超25万台，是抑制电网谐波、实现无功平衡、限制短路电流的重要设备。近年来，干式电抗器匝间短路故障频发，常引发严重火灾及恶性短路事故。针对困扰电抗器行业多年的匝间缺陷检测灵敏度低、在线预警难、匝绝缘易受潮、投切过电压损伤严重等问题，项目组历经十年攻关与工程实践，构建了干式电抗器匝间绝缘检测、监测、预防全方位技术体系，实现了产业化，并开展规模化应用。成果在国家电网和南方电网近6000台电抗器中大规模应用。开展1100余台干式空心电抗器匝间绝缘缺陷检测；完成超3000台电抗器全绝缘包封改造；在1200余台电抗器安装过电压吸收装置。成果的应用实现了近40起电抗器匝间绝缘缺陷的有效检出，大幅降低了匝间绝缘问题带来的电网运行风险，成功杜绝了由于操作过电压导致的电抗器损坏事件。3项技术入选国网、南网新技术推广应用目录，项目产品在全国销售1300余套，销售合同额4.7亿元，总经济效益达8.97亿元，推广应用前景广阔。经雷清泉院士为主任委员的专家组鉴定，成果“有效降低了干式电抗器故障风险，延长了使用寿命，处于国际领先水平”。