状态检修

《装备制造技术》２００７年第３期

高压设备绝缘老化及其状态维修的实现

苏国生１，杨绍甫２

（１．许昌职业技术学院规划建筑工程系，河南许昌４６１０００；２．许昌职业技术学院信息工程系，河南许昌４６１０００）

摘要：针对电气设备的绝缘老化现象，对一些灵敏反映绝缘老化的物理或逻辑参量进行间断或连续的在线监测，从而实现状态维修。关键词：绝缘老化；状态维修；在线监测ＴＭ４中图分类号：

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００７）０３－００１５－０３

１绝缘材料的老化

热老化

高压电气设备运行中产生的热量导致绝缘体的温度升高。１９３０年Ｖ．Ｍ．Ｍｏｎｔｓｉｎｇｅｒ首次提出了绝缘寿命与温度之间的经验关系即１０℃规则，认为温度每升高１０℃则绝缘寿命约减半。但实际上，不同绝缘的老化速度是不同的，因此１０℃规则不能简单地应用于所有的绝缘系统。

１９４８年Ｄａｋｉｎ提出的新观点认为热老化实际上是由聚合链分裂等作用的氧化效应，本质为一种化学反应过程，因此应当遵循化学反应速率方程ｌｎＬ＝ｌｎＡ＋Ｂ／Ｔ，其中，Ａ、Ｂ分别是由特定老化反应所决定的常数，Ｌ为绝缘寿命，Ｔ为绝对温度。该方程的提出，为高温加速老化试验及试验结果的外推提供了理论依据，弥补了Ｍｏｎｔｓｉｎｇｅｒ１０℃规则难以区分不同条件下老化的差异的缺点。１．２电老化

绝缘体在电场应力作用下的老化行为，尚无定量描述的理论公式。通常采用倒数幂关系的经验公式Ｌ＝Ｋ／Ｅｎ来表示绝缘

１２］体在外施电场下的老化规律［，其中Ｅ为外加电场，Ｋ为试验

１．１

据表明，低电压下的微小亚电晕电流将引起气穴中气体和气穴

表面温度的升高。随电压的提高，亚电晕放电形式向强烈电晕放电形式转化，放电源的温度将不断上升。以上现象说明绝缘介质在外施电场作用下的老化是一个连续的过程，不存在任何明显影响老化进程的电场阈值。通过测量气穴表面的温升有可能利用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程在气体空腔这样的微小区域水平上评价绝缘的老化。该观点如被更多的实验证实，将因其物理过程清晰，测量方法明确，可能具有更大的说服力。但是这种观点似乎不好解释进行交流耐压等试验中电压升高到一定程度时，普遍观察到的电流急剧上升现象。相比之下，阈值寿命模型更能为经验所接受，且较能体现其对绝缘设计的指导作用。１．３多应力联合老化

经验表明，绝缘老化的程度和老化的速率根据材料的物理、化学特性，外施应力的类型和持续时间，生产过程中采用的工艺而定，故需对绝缘材料在上述应力的多种组合作用下的老化行为及各种应力的协同作用进行广泛深入的研究以求其老化规律。

电—热联合应力老化是目前研究中采用最多的一种应力组合方式。建立老化寿命模型主要的手段是将电老化反幂形式经验公式Ｌ＝Ｋ／Ｅｎ和热应力老化的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程Ｌ＝Ａｅｘｐ统一起来。而得到绝缘寿命—外施电场—温度之间的（Ｂ／Ｔ）关系。Ｌ（为Ｒａｍｕ得出的Ｔ，Ｅ）＝Ｋ（Ｔ）Ｅ－ｎ（Ｔ）ｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）电—热联合应力下的寿命方程，Ｋ和电压耐受系数ｎ成为温度的函数。

电力设备中很多因素产生机械应力，主要有设备旋转部分的振动或绝缘结构中介质部分与金属导体部分热膨胀系数不同而引起的周期性应力以及绝缘材料承受的交变电场力等。机械应力的破坏主要表现为绝缘材料疲劳而产生裂纹或气穴，诱发电树枝的形成和生长。对于旋转电机等设备，其绝缘同时遭受电、热及机械应力的作用且都是占主导地位的应力。因此，研究相应固体绝缘材料在上述联合应力作用下的性能非常重要。

对于运行在湿度较大环境中的设备，湿度对绝缘材料尤其是潮气敏感材料（如聚酯等）老化过程的影响不可忽视。Ｄｉｘｏｎ对封闭电气设备中这类材料的研究得出了该情形下绝缘寿命与温度、湿度的函数关系。在一定的范围内对不同的温度、湿度进行换算，可得出在变化了环境条件下绝缘的累积等效寿命。

确定的常数，与具体的绝缘系统或材料有关，ｎ为电压耐受系数，须在一定的电压和温度下试验确定。

不少研究者认为，当外加电压低于绝缘体的局部放电起始放电电压时，材料就不会发生由电场所引起的老化。通过建立热—电应力联合作用下的绝缘概率寿命模型，发现在温度确定的条件下，绝缘材料的寿命曲线趋向一电场阈值ＥＴ，当绝缘承

３］受的外加电场低于或接近该电场阈值时，其寿命将趋于无穷［。

这一临界电场值可通过对击穿时间与外施电场大小的Ｗｅｉｂｕｌｌ

４］

。这种存在电场临界值的观点与经验和直觉比统计分析得出［

较一致。通常认为电气击穿强度是评价绝缘老化的一个最根本

的属性，当外施电场远低于材料的击穿强度时，相当于材料具有非常高的耐电强度，此时绝缘材料将在非常长的时间内耐受该电场而不出现击穿。

对于上述阈值电场的存在，也有人持不同观点。ＡｒｍｉｎＢｒｕｎｉｎｇ通过对气穴中空气从亚电晕（Ｓｕｂ－ｃｏｒｏｎａ）到强烈电晕（ｉｎｔｅｎｓｅ－ｃｏｒｏｎａ）过渡过程中非线性电导率的理论计算和实测数

收稿日期：２００７－０２－０１

作者简介：苏国生，许昌职业技术学院规划建筑工程系教师。

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