高压外绝缘试验环境修正及其程序化

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【摘要】随着我国电力事业的飞速发展，高压绝缘实验环境修正和程序化的水平也有了很大的提高。本文主要通过对海拔高度和大气条件对高压产品外绝缘实验高压的影响分析，对环境的修正过程进行了矫正，旨在为我国电力事业的发展提供参考。

【关键词】高压；外绝缘实验；程序化

很多的高压产品在对其进行外部绝缘考察时，一定要考虑到实验过程中大气条件和产品的使用海拔的高度，由于空气的间隙和设备的固体绝缘外漏的部分的放电电压受到大气条件和海拔高度的影响，大气条件和海拔发生变化时，外绝缘破坏性放电电压也会随着发生变化，因此在对产品进行外绝缘的检测时，要对标准绝缘试验的电压进行调整。从以往的实验人员的校正因数计算可知，根据当时的大气条件，可以找到GB/T 1627·1中和空气密度和环境温度变化的曲线图，从而得出最后的修正结果。这种工作方式既浪费时间，还容易产生计算的误差，影响了计算结果的准确性。新开发的新软件选用了最小二乘法拟合曲线的原理，采用VB的变成手段，把GB/T 1627·1的有关的曲线拟合成函数以后，在运用到环境参数当中，就可以很快的获得所要的修正结果。由于最小二乘法拟合曲线的准确性要求很高，其误差已经大大小于每次检查所产生的视觉误差，可以使得计算的结果更加真实准确。

一、环境影响机理

外绝缘破坏性放电电压和实验时用的大气条件的变化有很大的关系。实验证明，空气中的放电电压随着密度的改变而改变。这是因为随着密度的改变，空气中的电子平均运动的速度也发生了改变，电力的过程出现了减弱或者增强的效果。空气密度对放电电压的影响比较小，但是湿度对放电电压的影响就相对复杂。实验表明，均匀电场中的空气的放电电压随着湿度的增大而升高，但是上升的速度非常缓慢，几乎没有受到湿度的影响。但在特别不均匀的电场中，空气中的水分增多对间隙击穿电压的影响就很大。放电电压和湿度有很大的关系是由于水分子对电子的吸引作用形成了负粒子。电子形成负粒子以后，自由运动也明显减少，在电场中引起电力的能力也被削弱。随着湿度的增加，电子被水分子吸引形成的负离子的比例相对增大，间隙中的电力作用也减小，导致放电电压的增大。电场强度越大，电子运动的速度就会越快，就容易产生负离子。在均匀电场中，平均放电场强度很高，湿度的影响比较小；在极不均匀的电场中平均放电场的强度比较小，所以湿度的影响也不够明显。因此，在均匀和略微不均匀的电场中，湿度的影响比较小。在非常不均匀的电场中，空气的间隙和绝缘子，它们放电电压通常都随着湿度的变化而变化。当湿度超过一定的数值以后，放电电压就会出现出席那不规则的放电情况，尤其是在绝缘表层的电压的闪络电压，分散性变大，在实验中实验人员对此要格外注意。对高压产品来说，因为试验场所和使用场所的海拔高度存在不同，在实验中必须进行海拔的修正。如果海拔的高度增大，空气的密度就会减少，因此其对于实验电压的影响和空气密度对试验电压的影响存在很大的一致性。

二、环境修正因素计算

利用校正因数可以把标准大气条件下规定的实验电压值进行换算，使其满足试验条件的需要。反之，还可以把测得的闪络电压值的准值换算到标准参考大气的条件下的电压值。在高负压产品外绝缘实验中，一般主要是对产品在实验中的承受电压的能力进行考察，通常都是把标准实验电压计算成实验条件所需要的电压值。实际上产品外绝缘的电压值U，在标准参考大气的规定下，试验电压U0乘以K求得： U=U0×K，其中的K是由两个部分组成，就是大气条件的校正因数Kt和海拔校正因数 Ka：K=Kt×Ka。

（一）气条件校正因数 Kt

外绝缘的破坏性放电取决于大气条件， 通常空气中某一给定路径的破坏性放电电压随着空气密度以及空气湿度的改变而改变。因此， 外绝缘在进行高电压试验时，应当考虑实际大气条件与标准大气条件之间的差异，用大气条件校正因数Kt对标准耐受电压进行校正。大气条件校正因素Kt由两部分组成，即空气密度校正因素K1和湿度校正因素 K2：Kt=K1×K2。

空气密度校正因数K1取决于相对空气的相对密度δ，其表达式为： K1=δm。当温度为t（℃）和大气压力为b（kPa）时，相对空气密度：δ=b（ 273+t0）/[b0（273+t）]。湿度校正因数K2的表达式为：K2=Kw。这里的 K不是环境修正因数，K取决于试验电压类型，并为绝对湿度h与相对空气密度δ的比率h/δ的函数，可采用最小二曲线来近似求取。对h/8值超过15g·m-3的湿度校正仍在研究中。指数w在下面也会给出。

（二）关于指数m和w

指数m和w与另一特征参数g有关：g=Ub/500LδK。其中：Ub是指实际大气条件下的50%破坏性放电电压值（测量或估算），在耐受试验时， 可假定为1.1倍试验电压值；相对空气密度δ和参数K均为实际值；L为指试验品绝缘最短放电路径，m，w值与特征参数g的关系曲线求得。

（三）海拔校正因素Ka

高压产品的外绝缘破坏性放电也与试验场所所处的海拔高度有关。根据经验数据，对用于海拔高于1000m，不超过4000m的设备的外绝缘，海拔每升高100m，绝缘强度约降低1%，海拔修正因数Ka的表达式为：Ka=em[（H-1000）/8150]。这里的m同大气因素中的m是两个完全独立的参数式中相对于工频，雷电冲击和相间操作冲击电压，m=1； 相对于纵绝缘操作冲击电压，m=0.9；相对于相对地操作冲击电压，m=0.75。

三、校正软件编程分析

（一）软件结构及功能

软件设计时本着试验人员操作简单的原则，在WINXP平台上用 VB6.0制作了简单明了的界面。它主要包括以下3部分：

（1）初始化部分。软件初始化由环境参数输入和试验参数输入两部分组成，采用对话框形式的图形画面， 直观且操作简单。

（2）数据处理及计算。将输入的环境、试验数据赋予对应的变量，然后利用最小二乘法拟合出计算修正因素所需要曲线的表达式，按照高电压试验技术第一部分一般试验要求的计算原则，通过VB编程计算出修正因数的最后结果， 并显示在界面的文本框中。

（3）文件的处理 （计算结果处理）。可以对主界面文本中的计算结果进行存取、打印、修改、编辑等， 并可以按显示需要改变设置。

（二）程序执行流程框图

程序框图包括3个层次：程序的初始化、数据处理和后处理。对于初始化部分，主要是输入试验时的温度、湿度、气压、海拔高度以及标准大气条件下的试验电压，然后经数据处理部分得到环境修正因数以及所需试验电压数据， 最后经打印等后处理得到书面结果。

（三）曲线拟合原理（最小二乘曲线拟合法）

最小二乘法是一种数学优化技术， 它通过最小化误差的平方和， 找到一组数据的最佳函数匹配。其基本原理是给定数据点{（xi， yi）}（i=1，2， ...，m）和一组函数gk（x） （k=1，2， ...， n）求数a1，a2， ...， an（假定m>n），使函数 p（x）=a1g1（x）+a2g2（x）+...+angn（x）与数据点误差的平方和的算术平方根最小。最小二乘法的优点是方法简单，计算迅速，无截断误差，不存在算法稳定性的问题，对误差具有平均作用，测量准确度也较高。最小二乘法通常用于曲线拟合，通过拟合，可以计算一些未知的中间点的值或者预测这些数据所在范围以外的值。

四、结论

综上所述，本文通过对高压外绝缘试验环境修正和其程序化的介绍，分析了高压外绝缘体对于我国电力事业的重要作用。工作人员对原有的高压试验进行校正因素的计算，会造成数据不准确等问题，程序化的技术可以通过最小二乘法拟合曲线来完成数据的校对任务，提高电力数据的准确性，为我国电力事业的发展提供技术保障。