戶(hù)外型電子式電壓互感器濕試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

摘要
戶(hù)外型電子式電壓互感器（EVT）作為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵傳感設(shè)備，其長(zhǎng)期運(yùn)行在自然環(huán)境中，承受著雨、霧、凝露等復(fù)雜氣候條件的考驗(yàn)。濕試驗(yàn)是評(píng)估其外絕緣性能，確保在潮濕條件下安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心驗(yàn)證手段。本文系統(tǒng)闡述了戶(hù)外型EVT濕試驗(yàn)的檢測(cè)項(xiàng)目、方法原理、應(yīng)用范圍、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及所需儀器，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、型式試驗(yàn)及質(zhì)量評(píng)估提供技術(shù)依據(jù)。

一、 檢測(cè)項(xiàng)目與方法原理

濕試驗(yàn)的核心是檢驗(yàn)EVT在模擬降雨條件下的外絕緣性能，重點(diǎn)是驗(yàn)證其高壓引線端部、套管及傘裙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能否避免在潮濕環(huán)境下發(fā)生閃絡(luò)。主要檢測(cè)項(xiàng)目包括工頻濕耐壓試驗(yàn)和操作沖擊濕耐壓試驗(yàn)。

1. 工頻濕耐壓試驗(yàn)

   • 目的：考核EVT在持續(xù)工頻電壓和模擬降雨共同作用下，其外絕緣的長(zhǎng)期耐受能力。

   • 方法原理：

     • 試驗(yàn)布置：試品按實(shí)際安裝狀態(tài)置于人工雨試驗(yàn)裝置中。試驗(yàn)高壓施加于一次高壓端，二次端子及接地端可靠接地。

     • 人工雨模擬：使用噴淋系統(tǒng)產(chǎn)生均勻、特定參數(shù)的降雨。關(guān)鍵參數(shù)包括：

       • 雨水電阻率：通常調(diào)整為（100±15）Ω·m（校正至20°C），以模擬常見(jiàn)污染地區(qū)的自然雨水。

       • 降雨率：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，通常為（3.0±0.3）mm/min，垂直分量和水平分量需滿(mǎn)足要求。

       • 雨水溫度：與試品溫度溫差應(yīng)在一定范圍內(nèi)（如±10°C內(nèi)），以防熱應(yīng)力影響。

     • 試驗(yàn)程序：先啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)，以規(guī)定參數(shù)的雨水預(yù)淋試品15分鐘，確保其表面充分濕潤(rùn)。然后在持續(xù)降雨條件下，平穩(wěn)施加規(guī)定的工頻耐受電壓，并持續(xù)1分鐘。試驗(yàn)期間，試品外絕緣不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò)或擊穿。

2. 操作沖擊濕耐壓試驗(yàn)

   • 目的：考核EVT在遭受系統(tǒng)操作過(guò)電壓（如切空載變壓器、投切電容器組）和降雨共同作用時(shí)，其外絕緣的耐受性能。

   • 方法原理：

     • 試驗(yàn)布置：與工頻濕耐壓試驗(yàn)類(lèi)似，但試驗(yàn)電源為操作沖擊電壓發(fā)生器。

     • 沖擊電壓波形：采用標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形，即波前時(shí)間250μs，半峰值時(shí)間2500μs（250/2500μs）。

     • 試驗(yàn)程序：同樣需進(jìn)行15分鐘預(yù)淋。隨后，在持續(xù)降雨條件下，施加正、負(fù)極性各15次規(guī)定幅值的操作沖擊電壓。如果發(fā)生不超過(guò)2次的外部閃絡(luò)，則需補(bǔ)加至15次。以未發(fā)生擊穿或超過(guò)規(guī)定的閃絡(luò)次數(shù)為通過(guò)判據(jù)。

二、 檢測(cè)范圍與應(yīng)用領(lǐng)域

戶(hù)外型EVT濕試驗(yàn)檢測(cè)覆蓋了其所有可能應(yīng)用的戶(hù)外高壓環(huán)境，主要領(lǐng)域包括：

1. 交流輸電系統(tǒng)：用于110kV及以上電壓等級(jí)的變電站，作為計(jì)量、保護(hù)和控制系統(tǒng)的電壓信號(hào)來(lái)源。濕試驗(yàn)是驗(yàn)證其在輸電線路沿線復(fù)雜氣象條件下可靠性的必要環(huán)節(jié)。

2. 直流輸電系統(tǒng)：在高壓直流（HVDC）換流站中，用于直流電壓測(cè)量。其濕試驗(yàn)需考慮直流電場(chǎng)下積污和濕潤(rùn)的聯(lián)合效應(yīng)，試驗(yàn)條件可能更為嚴(yán)苛。

3. 氣體絕緣組合電器（GIS）：雖然GIS主體為室內(nèi)設(shè)備，但其與架空線連接的進(jìn)出線套管為戶(hù)外部分，該部分集成的EVT或獨(dú)立式EVT必須通過(guò)濕試驗(yàn)考核。

4. 新能源發(fā)電場(chǎng)站：如風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的升壓站，通常地處沿海、山地等氣候惡劣區(qū)域，對(duì)EVT的防潮和耐污閃性能要求高，濕試驗(yàn)是型式試驗(yàn)的重點(diǎn)。

5. 電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)：牽引變電站的電壓測(cè)量設(shè)備需適應(yīng)頻繁操作過(guò)電壓和戶(hù)外環(huán)境，濕試驗(yàn)不可或缺。

三、 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

濕試驗(yàn)的實(shí)施嚴(yán)格遵循和標(biāo)準(zhǔn)，確保檢測(cè)結(jié)果的性和可比性。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60060-1：高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般定義和試驗(yàn)要求。規(guī)定了試驗(yàn)電壓、波形、測(cè)量系統(tǒng)等通用要求。

  • IEC 60060-2：高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第2部分：測(cè)量系統(tǒng)。確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

  • IEC 61869-6：互感器 第6部分：電子式電壓互感器的補(bǔ)充技術(shù)要求。專(zhuān)門(mén)針對(duì)EVT的性能和試驗(yàn)要求，其中濕試驗(yàn)是核心絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 16927.1：高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求（等同采用IEC 60060-1）。

  • GB/T 20840.7：互感器 第7部分：電子式電壓互感器（與IEC 61869-6技術(shù)內(nèi)容協(xié)調(diào)一致）。

  • GB/T 311.1：絕緣配合 第1部分：定義、原則和規(guī)則。規(guī)定了設(shè)備的絕緣水平，濕試驗(yàn)電壓值需據(jù)此確定。

四、 檢測(cè)儀器與設(shè)備

濕試驗(yàn)的準(zhǔn)確執(zhí)行依賴(lài)于一套精密的高壓試驗(yàn)和測(cè)量系統(tǒng)。

1. 試驗(yàn)電源裝置：

   • 工頻試驗(yàn)變壓器：用于產(chǎn)生工頻濕耐壓試驗(yàn)所需的高電壓，容量需滿(mǎn)足試品電容電流和泄漏電流的要求。

   • 操作沖擊電壓發(fā)生器：用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊波，其額定電壓和能量需滿(mǎn)足高試驗(yàn)電壓和試品等效電容的要求。

2. 人工雨模擬裝置：

   • 噴淋系統(tǒng)：由水泵、水處理單元（調(diào)節(jié)電阻率）、管路、噴嘴及支架組成。噴嘴布局需確保在規(guī)定淋雨面積內(nèi)，降雨均勻性滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

   • 水電阻率測(cè)量?jī)x：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并校準(zhǔn)雨水的電阻率值。

   • 雨量計(jì)：用于校準(zhǔn)降雨率，通常采用多個(gè)雨量筒測(cè)量垂直和水平分量。

3. 測(cè)量與記錄系統(tǒng)：

   • 高壓分壓器：與試驗(yàn)電源類(lèi)型匹配，如電容分壓器（用于工頻和沖擊）或阻容分壓器。其準(zhǔn)確度直接決定試驗(yàn)電壓值的可靠性。

   • 峰值電壓表：測(cè)量沖擊電壓的峰值。

   • 數(shù)字記錄儀（示波器）：具備高采樣率和帶寬，用于記錄工頻電壓波形和沖擊電壓的完整波形（波前時(shí)間、半峰值時(shí)間），并進(jìn)行分析。

   • 電流監(jiān)測(cè)裝置：用于監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的泄漏電流，作為絕緣狀況的輔助判斷。

4. 輔助設(shè)備：

   • 屏蔽大廳或戶(hù)外試驗(yàn)場(chǎng)：提供滿(mǎn)足安全距離和電磁兼容要求的試驗(yàn)環(huán)境。

   • 接地系統(tǒng)：確保試驗(yàn)人員和設(shè)備安全，并為測(cè)量系統(tǒng)提供參考地電位。

結(jié)論

戶(hù)外型電子式電壓互感器的濕試驗(yàn)是其絕緣性能驗(yàn)證體系中的關(guān)鍵一環(huán)，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。通過(guò)精確模擬降雨環(huán)境，并結(jié)合工頻及操作沖擊電壓的考核，能夠充分暴露產(chǎn)品外絕緣設(shè)計(jì)的潛在缺陷。嚴(yán)格遵循國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，并借助先進(jìn)可靠的檢測(cè)儀器，是確保濕試驗(yàn)結(jié)果有效性、準(zhǔn)確性和可比性的根本保障。隨著電網(wǎng)向更高電壓等級(jí)和更復(fù)雜環(huán)境擴(kuò)展，濕試驗(yàn)的技術(shù)要求和重要性將日益凸顯。