刘亚芸
金冠电气股份有限公司 河南南阳 473000
摘要：随着人们生活水平在不断的提高，对于用电的需求在不断地加大，对于电力系统而言，电气设备是必不可少的构成部分，可是其往往种类较多，如果与大地或者与其他电气设备之间的绝缘关系存在问题，容易导致绝缘失效，引发电力安全事故，因此必须进行绝缘试验。本文主旨意在探讨电力电子设备中存在的电气绝缘问题，希望能够为相关的电力行业工作人员提供借鉴。
关键词：电力电子设备；电气绝缘；问题
前言：人类科学技术的不断发展，电力电子设备及其操作技术也已经成为维持人类社会正常运转的保障之一，它能够增加人类对电能的掌控，使其能够更好地为人类社会所服务。近年来，随着我国智能电网、能源互联网战略提出及节能减排长期国策的推进，电力电子技术在电力生产、变换、传输、消费中取得了较大进展，电气绝缘问题也逐渐引起相关行业关注。另外，电力电子技术的进步对绿色交通工具（电动汽车、未来电动飞机等）的发展起到推动作用，但在不同的运行环境、控制技术、电压条件下，有效提高电力电子器件及驱动电机的绝缘可靠性是必须考虑的重要因素之一。但在电力电子技术应用的过程中，电力电子设备的电气绝缘问题却在一定程度上限制了它的发展，亟须相关电力研究人员对其加以解决。
1 电力电子设备的绝缘材料
在电网系统中，大量的电力电子设备得到了应用。而设备的绝缘材料选用将直接影响到设备的安全性能，并且也决定了电网是否会出现绝缘问题。就目前来看，电力电子设备的常用绝缘材料包含了绝缘子、环氧树脂板和热缩套管。其中，绝缘子可以用于进行母线等带电导体的固定和支撑，能够防止电流回地。而绝缘子表面一旦有附着物，就容易导致两端出现电压击穿，因此还要增大其表面距离。环氧树脂板为具有耐表面漏电、耐电弧和高介电性能的特点，是利用氧树脂材料制作而成的。随着厚度的增加，环氧树脂板的耐电压等级也将得到提高。此外，热缩套管为利用聚烯烃材料制作而成的热收缩套管，具有机械强度大和耐高温等特点，在线缆绝缘保护上得到了广泛应用。
2 电力传输
（1）电力电子变压器
20 世纪 70 年代，电力电子变压器的概念被人类所提出，并开始针对其功能性进行研究。彼时它被提出的原因是为了能够减轻电力机车上低频变压器的重量。随着科学技术的进步，人类对电力电子技术的研究也有了新突破。而人类社会日益增长的用电需求也使得电力电子技术的研究不能停滞不前，这也让电力电子变压器的作用进一步得到扩大，其经济地位也逐渐得到凸显。由于电力电子变压器的使用环境较为严苛，所以对它的制作材料有着极高的要求。特别是对于绝缘材料来说，它能否承受住苛刻的工作环境将成为电力电子变压器是否得到发展的关键所在。就目前的研究方向来看，电力电子变压器的绝缘测试主要是测试它能否在特定的频率和电压下减缓绝缘系统的老化以及其能够承受的电热能顶点。 多项研究结果表明，电力电子变压器在高能量密度下，会增加绝缘材料的导电可能，进而影响到它的使用的效果。同时，不同频率下绝缘体老化的速度也在发生变化，其性能也会受到影响，其中高频率电压所产生的影响最大。所以，未来电力电子变压器的研究方向应该更加偏向于观测其绝缘系统的老化过程，并从其中发现老化规律，找出相应的解决办法。
（2）换流变压器
在超高压直流输电工程中，换流变压器是必不可少的重要设备，同时它也决定着电力工程的经济效益和平稳运行，已经在越来越多的电力工程中得到广泛的应用。在直流输电工程中，换流站是其中至关重要的内容。而换流变压器的绝缘性恰恰能够决定换流站的故障发生频率，所以换流变压器绝缘性的优劣是直流输电工程进行之前要解决的重要问题。
换流变压器的绝缘性主要体现在它的绝缘材料上，例如：绝缘纸、变压器油等等。在对换流变压器绝缘性进行测试时，同样需要从多个角度进行考虑。例如：工作环境中温度的上升会使得介质电阻率改变，从而使换流变压器内部的电离子分布情况发生改变，最终影响到换流变压器的绝缘性能。需要注意的一点是，温度的不同会使得换流变压器的绝缘性改变，但这种改变并不是逐渐递增或递减，而是会受到其他客观因素的影响发生不规则的波动，比如：换流变压器的极性。所以在对换流变压器绝缘性研究的过程中，应当从空间电荷极性和不同运行条件下绝缘材料出现的不同情况等方面进行研究，以期望提高换流变压器的绝缘能力。
3基础电力电子器件
电力电子器件是制约电力电子行业及新能源设备发展的关键产业，高电压、大功率是未来电力电子器件（IGBT、MOSFET 等）发展的必然趋势，而制约电力电子器件发展的关键技术之一是电力电子器件中的工艺及绝缘问题。基于宽禁带材料的功率器件（如 SiC）是第 5代电力电子开关器件的其础，但对此进行的绝缘方面的研究显然不足。事实上不论是研究新的器件结构，还是应用新材料半导体器件，最终使用时都要符合整体设备的绝缘要求，并满足越来越严苛的环境条件。在电力电子器件的材料应用方面，聚酰亚胺以膜涂层形式广泛应用于各类电力电子设备中，如电容、缓冲层、层间绝缘和圆片级封装器件等。然而， 在>200 ℃的温度下，高损耗系数（>>10 ?2）和强导电性（>>10 ?13 ??1 ·cm ?1）也会使聚酰亚胺变成半绝缘材料。针对电力电子器件中的绝缘问题，从室温到 350 ℃的温度范围内，对聚酰亚胺/氮化硼的电导和绝缘击穿展开研究并发现： 由于离子迁移率的影响，聚酰亚胺的纳米结构会小幅提高直流导电性和击穿场强。 与此相反，当温度>150 ℃时，不掺杂其他物质的聚酰亚胺会在充电电流中产生离子空间电荷分布并导致场强增大和电子二次发射现象，对进一步研究提升聚酰亚胺作为电力电子器件绝缘材料的性能提供了较好的实验思路。
4电力电子设备中的电气绝缘问题
4.1电容器的维护
配电运行中发电机负载较多，因此无用功率也比较多，无用功率会产生一定的电压损耗，降低发电机的工作效率。因此在线路中，通常设有一个电容器，可以起到一个平衡的作用，使供电系统的整体运行效率得以提高。使用电容器应注意以下几点：①合理选择电容器的电容值，过低过高都不利于整个电路，电容值过低电容器发挥不了作用。电容器需要熔断器保护电路，电容值过高会使元件击穿和过热，甚至会导致渗油，因此在检修的时候应对熔断器进行一个全面检查；②检查电容器的额定电压，按照电力实际情况，加减电容器的数量，检查额定电压的过程中，电容器的电压不能超过固定电压的 1.05 倍。
4.2转变维修模式
由于传统的维修模式已经不能满足企业的运行，需要改变维修模式，采用状态维修模式。使用各种检测手段，定期检查电力设备的维修情况，不断检测设备故障，保证电力设备的正常运行，不影响企业的运行。为了减少使用设备进行维修的时间，降低维修成本，提高维护效率，应该采用有针对性的方法，做好维护工作。必须采用先进的方法来检测设备的损坏情况。否则，无法诊断出设备的障碍，进行维修工作。
结语：电气设备在现代社会发展过程中有着越来越广泛的应用，相应提高了对于电气设备运行安全的实际要求。现阶段科学技术仍然处在蓬勃发展的时期，这也就表明电力电子技术也将不断走向成熟和发展的道路。为了满足人类日益增长的发展需要，未来的电力电子设备必将向着智能化、高效化、简便化所发展，同时它的应用领域也将变得更加广泛，而其中存在的电气绝缘问题也终将得到合理的解决。
参考文献：
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