穿墙套管试验方法

　　摘 要 通过对穿墙套管进行反接线法测量介质损耗角正切值和电容量，判断末屏接地是否良好，减少事故发生。

　　关键词 穿墙套管;介质损耗角正切值和电容量;反接线;接地

　　0引言

　　穿墙套管是电力系统中广泛使用的一种重要电器，它的作用是使高压导线安全地穿过接地墙壁，从而与其他设备相连接。

　　因此，它既具有绝缘的作用，又有机械上的固定作用。

　　穿墙套管在运行中的工作条件非常恶劣，所以常常因为绝缘的劣化而造成损坏，导致发生电网事故，因此，在交接试验和预防性试验过程中，对穿墙套管的试验必不可少。

　　穿墙套管的试验项目一般有：测量绝缘电阻;测量20kV及以上非纯瓷套管的介质损耗角正切值和电容量;交流耐压试验;绝缘油试验或SF6气体的试验等。

　　1原因分析

　　1.1内部结构

　　电容式穿墙套管利用电容分压原理调整电场，使导电管的径向和轴向电场分布更均匀，保证了设备的局部放电量很低，从而具有耐压高、体积小及性能好等优点。

　　油浸电容式穿墙套管的主绝缘结构采用绝缘纸和铝箔电极交替缠绕在导电管上，组成一串同心圆柱型串联电容器，使电场分布在径向和轴向上得到了有效的均匀，电容屏数目越多，绝缘中电场分布越均匀。

　　主绝缘经真空干燥而除去内部空气与水分，并用变压器油充分浸渍处理后成为电气性能极高的油纸组合绝缘体，从而使绝缘耐受电压水平得到了极大提高。

　　其中靠近高压导电部分的第一个屏为首屏，它与一次导电部分相连，最外一层屏称为末屏，通过绝缘瓷套引出接地。

　　通过末屏可以测量其电容屏的电容量和介损，从而判断电容屏的绝缘状况，掌握绝缘性能。

　　通过末屏测量端子能有效地发现主末屏绝缘受潮、绝缘油劣化、电容屏间开路或短路等缺陷，但运行中末屏如开路，末屏将形成高电压，极易导致设备损坏。

　　在运行中为了保证设备和人身安全，末屏必须可靠接地，套管生产厂家也无一例外地在说明书中明确要求末屏必须接地。

　　如果由于各种原因造成末屏没有接地或接地不良，轻者将发生设备运行异响或造成开关跳闸，重者将使设备爆炸或着火，严重影响电网的安全稳定运行， 而对巡视人员也是一个巨大的人身安全威胁。

　　1.2常规试验方法

　　在预防性试验中，我们针对穿墙套管的特点主要进行绝缘电阻的测量和介质损耗角正切值和电容值的测量。

　　通过对穿墙套管主绝缘及电容型套管末屏对地绝缘电阻的测量，初步检查穿墙套管的绝缘情况。

　　而对穿墙套管进行介质损耗角正切值的测量，是为了更灵敏的发现穿墙套管的绝缘状况所进行的更准确的界定。

　　穿墙套管通过以上项目的试验，可以比较灵敏地反映出绝缘受潮或其他某些局部缺陷，特别是测量末屏对地的介质损耗角正切值测试，更容易发现缺陷。

　　1.3发现缺陷

　　在今年的预防性试验中，我们在对炼钢厂的一座110kV变电站穿墙套管的试验中，偶然发现，在对一组穿墙套管进行正接线测量介质损耗角正切值和电容量时，先进行了一次反接线测试，发现其中有一相的介质损耗角正切值明显偏大，具体测试数据如下：

　　由于是反接线测试，外界干扰因素较多，随后对外绝进行了清扫和擦拭，拆除了连接引线，重新测试后，数据如下：

　　根据测试结果分析，外界因素影响不大，随后，拆除末屏接地小盖，重新进行正接线测试，数据如下：

　　此次测试中，B相测试值只有稍大变化，根据《电力设备预防性试验规程》分析，应该在合格范围，但在对末屏检查时发现，末屏与电容屏的连接引线有95%以上的部分已烧断，只有很少一部分连接在一起，外面接地小盖由于进水受潮，已严重锈蚀，并有明显的放电痕迹，由此可见，这是由于接地不良引起悬浮放电，进而造成末屏的烧损。

　　后经处理，将末屏接地引线更换后，重新更换接地小盖后复测，数据如下：

　　2对策探讨

　　引起套管末屏接地故障的可能原因有以下两个方面：一是末屏接地装置内部故障，即末屏与小套管内的导电杆接触不良或焊接点脱落;二是末屏接地装置外部故障，即小套管内的导电杆与外部接地部位接触故障，如外部引线断裂、悬空或接触不良等。

　　对于内部故障主要靠保证产品质量来预防，这就要求在产品的采购、监造过程中把关。

　　对于外部故障，就需要在平时的运行中进行检测和停电时的试验。

　　在运行中，可以进行末屏部位的红外测温。

　　套管末屏内部断裂后，末屏上产生的高电压会产生悬浮放电，引起局部过热，红外测温能够有效地检测到这种过热现象。

　　停电时，采用反接线法进行介质损耗角正切值和电容量的测试，与历次实验结果比较，如无明显变化，既说明末屏接地良好，也可说明主绝缘未受潮，如有疑问，可进行正接线测试，进一步分析可能出现的问题。

　　3 结论

　　通过此次试验分析，末屏接地是否良好，可以通过反接线法测试及时发现，同时，也可对主绝缘进行检测。

　　由此可见，在设备投运前进行交接试验时，首先使用正接线法测量介质损耗角正切值和电容量，与出厂值比较，是否符合标准要求，其次，再进行反接线法测试，记录试验时的初次值，以便在预防性试验时进行比较，从而避免由于末屏接地不良造成的设备损坏。

　　参考文献

　　[1]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术.

　　冻融试验方法

　　【摘要】冻融作用是冻土力学和工程首先关注的问题，冻融试验研究土体在冻融过程中水分、溶质迁移，温度分布等现象，以及在冻融前后土体物理力学性质的变化。

　　本文在阅读大量文献资料的基础上，对冻融试验的仪器和试验条件的合理选择上进行了总结和分析。

　　【关键词】综述;冻融循环;试验;方法

　　1 前言

　　冻土是广泛分布于地球表面的一种低温地质体。

　　受气温年周期波动的影响，干寒区地表的土层会产生反复的冻结和融化。

　　冻胀和热融不仅会导致一系列危害国计民生的地质灾害：冻害、盐害和沙害，而且会给各类工程带来严重的危害[1]。

　　冻融试验研究土体在冻融过程中水分、溶质迁移，分凝冰的形成，温度分布等规律，以及在冻融前后土体密度、孔隙率、渗透性、界限含水量等物理指标和强度、模量等力学参数的变化。

　　为了获取土体的这些变化规律，必须对土样进行合理的室内外试验。

　　不同的实验室有不同的试验体系，各个国家甚至行业又有各自的规范，如何在合理经济的前提下使其试验结果可比，更切合实际是我们亟待解决的问题，也是冻土工程界面临的重要课题。

　　本文将通过对试验方法的总结和分析，给出合理的试验方法的建议，以保证试验资料的可比性、重复性和准确性，并将室内试验结果可靠的运用于工程设计中。

　　2 冻融试验

　　冻融试验一般是在室内进行。

　　试验方法根据试验目的不同而各异，试验仪器和条件的设定一般根据实际需要确定。

　　2.1试验仪器

　　冻融试验的仪器主要分为三类。

　　2.1.1传统试验机

　　试验一般采用圆柱状土样。

　　土样被放置于带有温度探测装置的有机玻璃桶内，并置于试验箱内。

　　土样上下端都与控温设备相连的压板接触，用于对试样进行冻融。

　　此外，端部还可以施加压力，同时控制试验的补水或排水条件。

　　设置在试验箱内，土样周围的探头，可以测量温度、轴向变形、孔隙水压力等，通过连接数据采集设备收集数据。

　　传统的冻融试验装置如图1所示。

　　这类试验机有的还能进行固结法制样，然后直接用于冻融试验。

　　传统试验机注重研究土体的冻胀融沉过程，实时测量土体温度、变形、孔隙水压力等参数。

　　图1冻融试验装置

　　2.1.2恒温箱

　　用恒温箱作为冻融的装置。

　　设置好温度后将试样直接放入箱内进行冻融循环，试验结束后取出进行相应的力学试验。

　　这类装置类似“冰箱”，功能比较单一，多数不能进行补排水控制。

　　恒温箱通常只能进行封闭系统的冻融试验，不注重冻融过程，只是在宏观上研究冻融作用对土力学性质的影响。

　　2.1.3综合类试验机

　　这类仪器在传统试验机的基础上改进而来，将冻融试验与材料试验机结合，在冻融循环后直接进行力学试验。

　　这类试验兼具物理和力学两种性质的试验，不仅研究冻融过程的微观变化而且重视冻融试验后的力学特性。

　　在试验条件的控制上也更复杂：补水排水条件，应力施加的方式及大小等。

　　这使得研究更精确，能更真实反映土样的受力过程和状态。

　　2.2试验条件

　　尽管研究者使用的冻融试验仪器不同，但导致土的冻融效应差异的还与试验条件有很大的关系。

　　按照冻融进行的方向，有一维冻融和三维冻融;按温度梯度，有快速冻结和慢速冻结;按照冷源施加的方式，有恒温冻融和变温冻融;按加压方式，有加压冻融和自由冻融;按水分的补排来源，有封闭冻融和开放冻融。

　　Alhmetshin等[2]对封闭和开放系统进行了详细的分类和阐述。

　　对于封闭系统而言，只存在热交换;而对于开放系统来说，则同时存在热、质交换;当只有一个边界上存在质交换时，可称为半开放系统，该系统的状态是随着时间发生变化的，而且系统边界的位置也是随着时间变化的。

　　就室内冻融试验来说，开放系统要有外部水源补给;封闭系统没有与外部水分的交换只在局部进行重分布。

　　此外还要考虑土体的渗透性，渗透系数小的土体若进行开放系统的冻融试验时，其效果相当于封闭系统，同样利用冻结速率也能控制排水情况[3]。

　　只有合理选择冻融方式才能真实反映土体的实际冻融过程，试验条件的确定按下述情况而定：(1)工程需求：最大程度的模拟或还原场地的真实情况。

　　一般来说，季节性冻土区冻土层的冻融过程可以描述为敞开系统下的单向冻结和双向融化，而多年冻土区则为开放系统下的双向冻结和单向融化。

　　(2)试验需求：人为设定，研究在某些特定条件下的冻融效应。

　　具体来说，冻融温度或是根据实测地温资料设定或是人为设定模拟特定条件。

　　循环周期一般都要保证冻融能够彻底进行，即土体不再发生体积的变化。

　　冻融周期可以类比前人的研究，但需注意土性、试样大小以及控制条件上的差异。

　　温度梯度、施压以及补排水等条件也应符合上述两原则。

　　此外，室内模型试验也是研究冻融作用的有效方法。

　　模型试验通常根据相似原则进行设计，模拟野外状况从而验证设计和计算结果。

　　Z.X.Zhang等对运河堤坝的冻胀融沉现象进行模拟，分层将土填成路基，并将位移计、应力盒、温度探头等预埋在土体中，监测数据[4]。

　　但这种方法较费时且不经济。

　　冻融试验要选择合理的冻融方式：仪器的选择在一定程度上控制了试验条件的，如单向冻融还是多向冻融;温度梯度、补水方式、压力情况、试验周期都要根据工程实际情况或者研究需要选择。

　　3 结论

　　冻融作用对土的工程性质影响一方面与土质以及土的初始状态的有关，另一方面也跟冻融试验仪器和条件有关。

　　尽管各个国家或行业都有各自的规范，但差异不会太大。

　　因此在试验时尽可能遵照规范要求进行操作和分析。

　　要根据不同的实验目的选择冻融试验仪器以及试验条件。

　　总之，由于土的类型，以及影响因素的多样性，目前对冻融循环对土的工程性质的系统研究还远不完善，应当充分利用常规土力学的方法，针对冻土冻融特性，建立能够反映冻融作用试验方法体系，望与广大寒区工程工作者共同探讨。

　　参看文献：

　　[1] 徐学祖，王家澄. 冻土物理学[M]. 北京：科学出版社， 2001

　　[2] Akhmetshin A A， Grigoryev V A， and Yakupov V S. Open and closed systems of freezing and thawing rocks[C].Recent Development of Research on Permafrost Engineering and Cold Region Environment. Lanzhou： Lanzhou University Press， 2009：562-565

　　[3] Alkire B D. Effect of variable-drainage freeze-thaw tests on post-thaw shear strength[J]. Transportation Research Record 1981， 809：13�C18.

　　[4] Z. X. Zhang， R.L. Kushwaha. Modeling soil freeze-thaw and ice effect on canal bank[J]. Canadian Geotechnical Journal， 1998， 35：655-665