基于冲击电压下的绕组类电器设备电压传递测试与防护.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：许嘉宁（1988），男，汉族，助理工程师，本科，研究方向为电气试验。-130-基于冲击电压下的绕组类电器设备电压传递测试与防护 许嘉宁 马书豪 王献才 王少杰 郗姗姗 河南省高压电器研究所有限公司，河南 平顶山 467000 摘要：摘要：在绕组类电器设备中，如变压器、互感器，冲击电压问题对设备安全性和可靠性构成挑战。针对这一问题，本文提出了一系列策略和方向。首先，创新绝缘材料与设计能够增强设备的耐受能力，通过采用高耐电压绝缘材料和优化设计，降低电压冲击对绕组的影响。其次，强化过电压保护与监测是关键方向，通过设置过电压保护装置和建立绝缘监测系统，有效防止过电压对设备的损害。最后，定期维护和培训也不可忽视，建立定期检查计划，为操作人员提供冲击电压问题的培训，以确保设备状态良好并提高操作人员的防护意识。综合运用这些策略，可以显著提升变压器等绕组类电器设备在冲击电压环境下的稳定性，确保电力系统的安全运行和设备的长寿命。关键词：关键词：绝缘材料与设计；过电压保护与监测；定期维护；设备耐受能力；绝缘状态监测 中图分类号：中图分类号：TM41 0 引言 在现代电力系统和工业应用中，绕组类电器设备如变压器、互感器扮演着至关重要的角色。然而，随着电力系统的不断演进和工业需求的增长，这些设备常常面临来自冲击电压的挑战。冲击电压，可能源自雷电、开关操作、故障等因素，对绕组产生突发、瞬态的高电压信号，给设备的稳定运行、性能和安全性带来潜在风险。特别是对于关键设备变压器、互感器，冲击电压问题的影响更加显著，可能引发绝缘击穿、性能下降甚至设备故障。为了确保电力系统的稳定运行、设备的长寿命以及工作人员的安全，必须采取有效的措施来解决冲击电压问题。本文旨在探讨针对冲击电压问题，提升绕组类电器设备安全性的策略和方向，特别着重于变压器、互感器，以期为设备的设计、运维和维护提供有益的指导和启示。1 冲击电压下的绕组类电器设备电压传递测试与防护的重要性 1.1 确保设备稳定运行 首先，冲击电压下的互感器电压传递测试与防护是确保电力系统的安全性的重要措施。互感器是电力系统的核心组件之一，用于监测电流和电压。如果互感器受到冲击电压的损害，可能导致误导性的数据或电力系统的不稳定性，进而引发事故或停电。其次，互感器的准确性对于电力系统的正常运行至关重要。冲击电压可能导致互感器输出信号的失真，从而影响对电流和电压的测量。通过进行电压传递测试，可以确保互感器在冲击电压下仍能提供准确的数据，从而帮助电力系统运行人员做出正确的决策。冲击电压可能损坏互感器的绝缘和内部电路。通过采取适当的防护措施，如过电压保护设备，可以降低互感器受到损害的风险。这有助于延长互感器的寿命，减少维护成本，并确保设备的可靠性。互感器是电力系统中的关键元素，用于保持系统的稳定性。如果互感器在冲击电压下失效，可能导致电力系统不稳定，影响供电质量和可靠性。因此，通过测试和防护措施，可以确保互感器在冲击电压条件下保持稳定，有助于维持电力系统的正常运行。互感器还用于故障诊断和监测电力系统的健康状况。如果互感器受到冲击电压的损害，可能导致对电力系统中问题的错误诊断。因此，测试和防护有助于确保互感器在面对冲击电压时仍能提供可靠的故障诊断信息。1.2 提高设备寿命与可靠性 互感器的绝缘是其关键组成部分之一。在冲击电压下，绝缘材料可能受到压电应力，因此必须确保互感器的绝缘能够承受这些应力。通过使用高质量的绝缘材料和绝缘测试，可以提高绝缘的可靠性。互感器的绕组设计对其性能和可靠性至关重要。合适的绕组设计可以减少内部电场的集中，降低电压梯度，从而减轻电压冲击的影响。定期的维护和监测可以及早发现潜在的问题，防止设备故障。这包括清洁、校准、绝缘测试和内部电路检查。中国科技期刊数据库 工业 A-131-使用合适的过电压保护装置，如避雷器或过电压抑制器，可以将冲击电压引导到地，减少其对互感器的影响。互感器的可靠性直接影响电力系统的可靠性。如果互感器在关键时刻失效，可能导致电力系统崩溃，带来严重的经济和安全风险。在互感器制造过程中严格的质量控制是确保设备可靠性的关键。制造商应采取适当的措施来确保每个互感器都符合规格和标准。选择适当的材料对于互感器的可靠性至关重要。材料应具有耐高温、耐电压冲击和耐化学腐蚀等特性。通过使用监测系统，可以实时监测互感器的性能。这有助于及早发现问题并采取适当的措施。对操作人员进行培训，确保他们了解互感器的正确操作和维护程序。培训可以降低因操作不当而引发的故障的风险。在关键应用中，备用互感器可以作为冗余系统的一部分，以确保即使一个互感器失效，电力系统仍然能够正常运行。与此同时，定期进行预防性维护，如清洁、校准和绝缘测试，有助于提高设备的可靠性。1.3 保障人员和环境安全 绕组类电器设备，尤其是变压器，在电力系统中的运行环境通常较为复杂，常位于变电站等场所。然而，在冲击电压情况下，设备的故障可能引发严重的后果，包括火灾、爆炸等，直接威胁到工作人员和周围环境的安全。在这种背景下，电压传递测试的实施变得尤为关键。通过对绕组类电器设备在冲击电压环境下的响应进行测试，可以在问题变得严重之前进行预警，及早发现潜在的问题迹象。这为采取及时的维修、替换或其他适当措施提供了宝贵的时间窗口，从而避免了潜在事故的发生。这种预警机制不仅有助于保障设备的安全运行，还能够防范事故对人员和环境造成的不良影响。除了电压传递测试，防护措施的实施也是确保人员和环境安全的重要手段。通过采用过电压保护装置等设备，可以有效地降低冲击电压对设备的影响，从而降低设备故障引发事故的概率。此外，对工作人员进行安全培训，使其了解冲击电压问题和防护措施，掌握紧急情况下的处理方法，也是保障人员安全的重要举措。2 当前绕组类电器设备面临的冲击电压问题及其影响 2.1 变压器受冲击电压问题 变压器作为电力系统的核心设备之一，在电能传输和分配中起着至关重要的作用。然而，在其正常运行过程中，变压器常常受到雷电、开关操作等因素引发的冲击电压问题的困扰，这给其稳定性和可靠性带来了极大的挑战。这些冲击电压，往往是突然而来的高能量电压波动，可能瞬间提升变压器绕组上的电压。这会导致绝缘系统面临剧烈的电场和电压应力，可能引发绝缘击穿，降低绝缘材料的性能，甚至导致变压器内部设备损坏。在严重情况下，冲击电压问题可能引发设备故障，甚至导致火灾、爆炸等事故的发生。这种问题的存在对电力系统的稳定运行构成了直接威胁。变压器故障可能导致电网的不稳定，引发电压波动、频率异常等问题，从而影响到用户的正常用电。此外，由于变压器在电力系统中的关键地位，其故障可能导致整个电力系统的能源供应中断，影响社会生活和工业生产的正常进行。2.2 互感器在冲击电压下的困境 在现代工业和科技应用中，互感器作为数据采集和监测的重要工具，扮演着至关重要的角色。然而，互感器在实际应用中常常暴露于复杂多变的环境，如雷暴天气或电磁干扰环境，这可能引发互感器面临的冲击电压问题，从而给其稳定性和可靠性带来困境。冲击电压问题主要是指瞬态过电压，可能由雷电等自然现象或电力系统操作等因素引发。这些过电压可能对互感器电路产生突发影响，导致电压超出设计范围，从而引发电路元件的损坏、数据误差以及性能下降等问题。这些问题可能直接影响互感器的准确性和稳定性，导致监测数据不准确甚至无法使用，影响生产流程和决策效果。互感器在冲击电压环境下的困境，不仅限于数据的误差和性能的下降，还可能导致互感器设备的损坏，进而增加维修和更换的成本。此外，互感器在工业自动化系统中扮演着关键的角色，其性能问题可能对生产流程产生连锁反应，影响产品质量和生产效率。因此，为了解决互感器在冲击电压下的困境，有必要采取有效的防护措施。通过引入电压保护电路、隔离技术等手段，可以限制冲击电压对互感器电路的影响，保护互感器免受损坏和性能下降的威胁。此外，中国科技期刊数据库 工业 A-132-在互感器的设计和选材过程中，也应充分考虑其在复杂环境下的工作特点，选择合适的材料和结构，以提高其抗冲击电压能力。2.3 故障对安全的潜在影响 当绕组类电器设备受到冲击电压问题影响，可能导致设备故障，而这些故障往往涉及高电压、高温等危险因素。这可能引发火灾、爆炸等严重事故，危及工作人员的安全，同时还可能对周围环境造成污染和破坏。因此，冲击电压问题不仅影响设备正常运行，还存在对人员和环境安全的潜在威胁。综上所述，当前绕组类电器设备，尤其是变压器和互感器，面临着冲击电压问题的挑战。这些问题不仅影响设备的性能和稳定性，还可能导致故障和安全隐患。因此，采取措施以应对冲击电压问题，提升设备的耐受能力和稳定性，成为确保电力系统安全和稳定运行的重要举措。3 针对冲击电压问题，提升设备安全性的策略和方向 3.1 创新绝缘材料与设计 为了有效解决冲击电压问题，提升绕组类电器设备如变压器和互感器的设备安全性，一项关键的策略是通过创新的绝缘材料和设计来提高设备的耐受能力。在冲击电压环境下，设备的绝缘系统面临着严峻的电场应力，因此采用具有更高耐电压能力的绝缘材料成为保障设备稳定运行的关键。研发和应用新型绝缘材料是创新绝缘材料与设计策略的核心。新型绝缘材料，如高耐电压绝缘聚合物，具有出色的绝缘性能，能够在高电压环境下保持稳定的绝缘特性。这些材料不仅具有更高的耐电压能力，还可能具备耐腐蚀、抗湿气、抗老化等特点，从而在恶劣环境中表现出更好的性能。此外，优化设备的设计也是创新绝缘材料与设计策略的重要方面。针对不同类型的绕组类电器设备，可以在设计阶段考虑到电压冲击的影响，采用合适的绕组结构和层间绝缘设计。通过增加层间隔离、采用合理的绝缘结构，可以有效地减轻电压冲击对绕组的影响，提升设备的抗干扰能力。3.2 强化过电压保护与监测 加强过电压保护与监测是针对冲击电压问题，提升绕组类电器设备安全性的重要方向。过电压问题往往是导致绕组设备故障的主要因素之一，因此采取措施以防范和应对过电压的影响，对保障设备的稳定运行至关重要。对于变压器等设备，设置过电压保护装置是一种有效的策略。在变压器的输入侧和输出侧，可以安装避雷器等装置，用于吸收或引导过电压。当电压突然升高时，避雷器会迅速导流，防止过电压传递至设备内部，从而保护设备的正常运行。这种过电压保护装置的设置，可以减轻冲击电压对设备的直接影响，降低设备故障的风险。此外，建立高效的绝缘监测系统也是强化过电压保护与监测的关键步骤。绝缘监测系统可以实时监测绕组的绝缘状态，检测绝缘强度是否满足要求，及早发现可能存在的绝缘问题。一旦发现异常，系统可以发出警报，使操作人员可以及时采取预防措施，避免问题升级。这种监测系统不仅可以降低设备发生故障的概率，还能够提前预警，从而减少维修成本和生产损失。定期进行绝缘测试，以确保互感器在冲击电压事件发生时能够提供足够的绝缘保护。装过电压事件记录系统，以监测电力系统中的过电压事件。这些记录可以帮助识别过电压事件的频率和严重程度，有助于改进互感器的保护和维护策略。对互感器进行实时监测，以检测任何异常情况。实时监测系统可以连续监测互感器的性能，并在发生问题时发出警报，以便及时采取措施。在关键应用中，可以考虑安装备用互感器。如果主要互感器受到损害或需要维护，备用互感器可以立即接管监测任务，确保电力系统的连续运行。设计电力系统时，可以考虑使用冗余系统，包括冗余互感器。这样，即使一个互感器受到影响，其他互感器仍然可以提供必要的测量数据。强化过电压保护与监测策略对于确保变压器和互感器等等设备的可靠性和寿命至关重要。这些策略有助于减轻过电压事件的影响，提高性能，并降低维护和更换的成本。综上所述，电力系统运行的可靠性和稳定性依赖于对设备的良好保护和监测，以确保它们能够在各种条件下正常工作。3.3 定期维护和培训 定期维护和培训是进一步提升绕组类电器设备的中国科技期刊数据库 工业 A-133-安全性的关键策略之一。这个策略不仅能够确保设备长期稳定运行，还能够提高操作人员对冲击电压问题的认识和应对能力。对于变压器等设备，建立定期的维护计划至关重要。维护计划应包括定期的设备检查、绝缘测试、冲击电压测试等，以确保设备的状态良好。绝缘测试可以检测绝缘材料的性能，判断是否存在绝缘弱点。冲击电压测试可以模拟不同情况下的冲击电压，评估设备在各种情况下的响应，有助于预防潜在的问题。此外，为操作和维护人员提供培训是提升设备安全性的另一个重要方面。操作人员需要了解冲击电压问题的风险，以及如何正确地操作设备，避免误操作引发问题。维护人员需要了解设备的维护流程，学会维护设备、更换损坏零部件等。培训还应包括紧急情况下的应急处理方法，以及如何正确使用防护设备。定期维护和培训的实施，不仅有助于保障设备的稳定运行，还可以降低人为因素引发冲击电压问题的可能性。通过定期的检查和培训，可以及早发现潜在问题，采取预防措施，从而提高设备的安全性和可靠性。4 结语 综合考虑，冲击电压问题对绕组类电器设备，尤其是变压器和互感器的稳定性和可靠性构成了实质性的挑战。本文在分析现有问题的基础上，提出了针对这一问题的一系列策略和方向。创新绝缘材料与设计、强化过电压保护与监测、定期维护和培训等措施，不仅有助于降低冲击电压问题的风险，还能提高设备的抗干扰能力，确保其在恶劣环境下的稳定运行。然而，在实际应用中，需根据不同设备类型、工作环境和安全需求，精心制定和调整相应的防护措施。参考文献 1杨庆,陈勇,司马文霞,等.基于变压器缩比模型的绕组冲击电压分布J.高电压技术,2016:3955-3963.2张宇萌,张喜乐,张萍,等.电力变压器冲击电压分布与传递过电压的仿真研究J.变压器,2015:39-43.3周丹,林春耀,杨贤,等.不同类型雷电冲击电压下变压器绕组电压分布特性研究J.变压器,2023:5.