【摘 要】文章研究电力设备绝缘老化对运行安全的作用，剖析电场主导电劣化、温度主导热劣化及多因素耦合劣化机理；从材料选型、场域优化、动态监测、保护配置提出防控策略并融入模型；构建介电特性、局部放电、多参数融合的评估体系；阐述老化致设备故障风险升、电网稳定性降、运维难度增及寿命缩短的影响，为绝缘老化管控提供支撑。

【关键词】电力设备；绝缘老化；运行安全；防控策略；评估体系

引言

电力设备长期运行时，绝缘材料受电场、温度、湿度等多因素作用出现老化，造成绝缘性能衰减，直接威胁设备运行安全。电网规模扩大与设备服役年限增加的背景下，绝缘老化引发的故障频次上升，导致供电中断与经济损失。需明确老化诱发与劣化机理，制订有针对性的安全防控策略，构建科学评估技术体系，分析老化对运行安全的具体影响，为保障电力设备稳定运行、降低故障风险提供技术支撑，满足电网安全可靠供电的实际需求。

一、电力设备绝缘老化特性的诱发与劣化机理

（一）电场主导的电劣化机理

电场作用于绝缘材料时，材料内部固有的气泡、杂质等微观缺陷会导致局部场强畸变，当场强超过材料介损耐受阈值，局部放电现象发生。局部放电过程中产生的高能电子、离子轰击绝缘分子链，引发分子链断裂并生成低分子化合物，同时在材料内部形成电树枝通道。电树枝初始阶段以树枝状微通道形式存在，随放电时间延长，微通道不断扩展、交联，逐步降低材料的击穿强度。局部放电产生的臭氧、氮氧化物等活性物质进一步氧化绝缘分子，破坏材料化学结构，导致体积电阻率下降、介电常数异常波动，最终使绝缘材料丧失绝缘性能。此过程中，电树枝生长速率与局部放电量呈正相关，且受电场强度、材料纯度直接影响。

（二）温度主导的热劣化机理

温度升高时，绝缘材料遵循阿伦尼乌斯方程，分子热运动动能显著增加，加速分子链氧化裂解反应。分子链断裂导致材料内部体积增大，分子间作用力减弱，机械强度（如抗张强度、弹性模量）持续下降。热作用使材料内部杂质（如残留催化剂、低分子添加剂）迁移聚集，形成局部导电区域，导致介质损耗角正切值上升，绝缘材料散热效率降低。温度超过材料允许的最高工作温度时，热氧老化反应速率呈指数级增长，材料出现热变形、热收缩现象，绝缘层与导体间的界面结合力减弱，形成界面气隙，进一步诱发局部放电，加剧热劣化进程，且热劣化程度随温度升高时间延长而不可逆加深，受材料耐热等级、散热结构参数直接制约。

（三）多因素耦合劣化机理

湿度作为核心耦合因素，与电场、温度、化学介质形成协同劣化效应。水分侵入绝缘内部后，溶解材料中的小分子杂质形成导电离子，降低局部击穿场强，同时加速局部放电产生的酸性物质（如甲酸、乙酸）对绝缘分子的腐蚀，破坏化学键结构。温度升高会提高水分在绝缘材料中的扩散系数，使水分更易渗透至材料内部缺陷处，强化“温度—湿度—电劣化”正反馈循环。机械振动产生的周期性冲击力导致绝缘层开裂，为水分、化学介质提供渗透通道，裂纹处场强集中现象促进电树枝生长，而电树枝又会降低绝缘结构机械稳定性，使绝缘更易在机械力作用下损坏。各劣化因素相互促进，导致绝缘性能衰减速率远高于单一因素作用，且耦合劣化效应随环境参数（湿度、温度波动幅度）变化呈非线性增强。

二、电力设备绝缘老化的安全防控策略

（一）基于老化阈值的绝缘材料选型方法

根据设备运行环境温度T、电场强度E及预期寿命t，采用材料老化速率模型筛选适配绝缘材料，模型表达式如公式（1）所示：

v=k0e-Ea/（RT）·En（1）

其中，v为老化速率，k0为频率因子，Ea为活化能，R为理想气体常数（8.314 J/（mol·K）），n为电场加速系数。

针对高温环境（T≥80℃），选择活化能Ea≥100 kJ/mol的耐高温材料，如硅橡胶；针对高场强场景（E≥10 kV/mm），选用n≤1.5的耐电晕材料，如聚酰亚胺薄膜。同时，通过材料介损温度系数测试，确保在运行温度区间内，介损角正切值tanδ满足公式（2）：

tanδ（T）≤tanδ0+α（T-T0）（2）

其中，tanδ0为基准温度T0下的介损值，α为温度修正系数。