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近年來，超高壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電技術(shù)迅速發(fā)展，對(duì)電力設(shè)備的絕緣性能提出了更高的要求，而設(shè)備小型化、緊湊化的發(fā)展趨勢(shì)使絕緣性能的重要性愈加突出。環(huán)氧樹脂易于成型、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱性能好、機(jī)械韌性和電氣絕緣性能優(yōu)異，因此被廣泛應(yīng)用于高壓電工裝備絕緣。

環(huán)氧樹脂絕緣件主要包括澆注類和浸漬類，前者主要應(yīng)用于電機(jī)、電器、高壓開關(guān)以及干式變壓器等，比如環(huán)氧澆注盆式絕緣子在氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear, GIS）中起著支撐載流導(dǎo)體母線、電氣絕緣及隔離氣室的作用；后者則主要應(yīng)用于電機(jī)線圈、絕緣拉桿和干式套管等，例如絕緣拉桿主體采用纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成，用于將運(yùn)動(dòng)從接地部分傳送到高電位部分，以實(shí)現(xiàn)電氣連接的通斷。

環(huán)氧絕緣件中一旦出現(xiàn)絕緣缺陷，運(yùn)行過程中會(huì)導(dǎo)致局部電場(chǎng)畸變，甚至達(dá)到平均電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)倍以上。電場(chǎng)畸變引起的局部放電容易使環(huán)氧絕緣件老化，絕緣性能下降，最終使高壓電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)發(fā)生沿面閃絡(luò)、內(nèi)部擊穿等故障，并嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

已有研究表明，GIS環(huán)氧絕緣件中裂紋、分層、氣泡三種不同缺陷下局部放電產(chǎn)生的脈沖波形、擊穿電壓等放電特征以及擊穿風(fēng)險(xiǎn)均存在差異，其中裂紋缺陷產(chǎn)生的局部放電脈沖波形的上升沿最小，其擊穿電壓也最小，在長(zhǎng)期運(yùn)行工況下?lián)舸╋L(fēng)險(xiǎn)最高。對(duì)GIS絕緣內(nèi)部不同形狀氣隙缺陷處電場(chǎng)分布的有限元仿真分析發(fā)現(xiàn)，氣隙缺陷大小對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度畸變影響較小，而缺陷形狀以及所在位置為場(chǎng)強(qiáng)畸變的重要影響因素；采用特高頻法對(duì)實(shí)際GIS缺陷模型產(chǎn)生的局部放電進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂縫缺陷下的放電比氣泡缺陷下的放電更為劇烈，并且裂縫寬度越小放電越劇烈。

對(duì)芳綸纖維增強(qiáng)型絕緣拉桿實(shí)體三維模型進(jìn)行電場(chǎng)仿真分析表明，復(fù)合材料界面結(jié)合不佳引起的層間分離缺陷是運(yùn)行中絕緣拉桿放電的主要原因。

上述研究均表明環(huán)氧絕緣件中存在的各類缺陷都會(huì)嚴(yán)重影響其絕緣性能，是導(dǎo)致高壓電力設(shè)備故障的重要原因。對(duì)環(huán)氧絕緣件中的缺陷進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的檢測(cè)有助于提高其使用壽命并降低高壓電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本。

天津大學(xué)等單位的科研人員根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，介紹了環(huán)氧絕緣件中缺陷產(chǎn)生的機(jī)理以及相關(guān)的無損檢測(cè)方法，分析了生產(chǎn)過程、運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)的缺陷類型以及對(duì)絕緣性能造成的影響，并對(duì)基于電學(xué)特性檢測(cè)方法、高頻檢測(cè)方法和超聲波檢測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比、總結(jié)和展望。

他們表示，目前國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)電工環(huán)氧絕緣件缺陷提出了諸多檢測(cè)方法，但是都存在各自的局限性。

• 脈沖電流法能夠檢測(cè)到缺陷導(dǎo)致的局部放電信號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)絕緣系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但是對(duì)于缺陷定位比較困難，檢測(cè)精度有待進(jìn)一步提高。
• 感應(yīng)電荷層析成像法是一種新型檢測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷大小和位置可視化檢測(cè)，具備在線監(jiān)測(cè)潛力，具有很大的應(yīng)用前景，但是目前的研究還在仿真分析階段，仍需進(jìn)一步探索以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
• X射線檢測(cè)是無損檢測(cè)中最常用的方法之一，可直觀顯示缺陷形狀和尺寸，檢測(cè)結(jié)果便于長(zhǎng)期保存，但是對(duì)于尺寸較小的裂紋、脫粘及應(yīng)力集中等缺陷難以奏效，需要的設(shè)備體積大，在線檢測(cè)困難，并且射線對(duì)人員有損傷作用，必須采取防護(hù)措施。
• 微波檢測(cè)法具有能耗低、穿透性強(qiáng)、無需耦合劑、易于小型化等優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)與實(shí)時(shí)處理，但是易受溫度、氣壓、取樣位置的影響，要求操作人員有比較熟練的技能。
• 超聲脈沖反射法原理簡(jiǎn)單，對(duì)工件內(nèi)部缺陷有很高靈敏度，便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可及時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果，缺點(diǎn)是需要耦合劑，對(duì)材料表面要求較高，掃查復(fù)雜工件困難。
• 相控陣超聲法是基于脈沖反射法原理而發(fā)展的，可以同時(shí)擁有許多角度的超聲波，就相當(dāng)于擁有多種角度的探頭同時(shí)工作，檢測(cè)效率更高，同時(shí)可以通過建模，建立一個(gè)三維立體圖形，缺陷顯示直觀，缺點(diǎn)是對(duì)聲阻抗參數(shù)相差懸殊的復(fù)合材料界面缺陷還無法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
• 非線性超聲法是近年來興起的一種缺陷檢測(cè)方法，可有效檢測(cè)出環(huán)氧絕緣件拉伸塑性變形、蠕變損傷、閉合裂紋等早期缺陷，相較于傳統(tǒng)方法，檢測(cè)靈敏度更高，能夠達(dá)到微米級(jí)，但是在試件的邊緣會(huì)存在檢測(cè)盲區(qū)，并且檢測(cè)結(jié)果常受耦合狀態(tài)、干擾信號(hào)的影響，檢測(cè)成本較高。

他們最后指出，環(huán)氧絕緣件的應(yīng)用對(duì)高壓電力設(shè)備的絕緣性能和使用壽命有顯著的提升作用，但是環(huán)氧絕緣件中存在缺陷會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，引發(fā)局部放電，使環(huán)氧絕緣件逐漸劣化，最終使絕緣系統(tǒng)發(fā)生沿面閃絡(luò)、內(nèi)部擊穿等故障。因此需要對(duì)環(huán)氧絕緣件中缺陷的有效檢測(cè)進(jìn)行更深入的研究。

1）目前國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)氧絕緣件缺陷檢測(cè)主要采用單一手段進(jìn)行缺陷檢測(cè)，大大限制了缺陷檢出的有效性和準(zhǔn)確性。如何實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)手段協(xié)同作用，綜合評(píng)定絕緣件是否存在缺陷是今后的發(fā)展方向。

2）環(huán)氧絕緣件還會(huì)出現(xiàn)由填料分布不均或者交聯(lián)度不均等引起的潛伏性缺陷，目前還沒有方法能進(jìn)行有效檢測(cè)。潛伏性缺陷通過影響表面電荷行為及改變介電參數(shù)分布造成局部電場(chǎng)集中，成為誘發(fā)絕緣件故障的重要原因。迫切需要開發(fā)更為先進(jìn)的光電傳感器件與方法，實(shí)現(xiàn)電工環(huán)氧絕緣件潛伏性缺陷的早期預(yù)警。

以上研究成果發(fā)表在2021年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電工環(huán)氧絕緣件缺陷無損檢測(cè)方法研究進(jìn)展”，作者為李進(jìn)、趙仁勇 等。