GIS的局部放電分析

一、GIS的局部放電特點(diǎn)

GIS(Gas Insulated Switchgear)是封閉式氣體絕緣組合電器的簡(jiǎn)稱(chēng)。其絕緣系統的特點(diǎn)是在一個(gè)金屬封閉體內充滿(mǎn)SF6氣體，用環(huán)氧澆注的絕緣子，把載流導體支撐在外殼上。由于GIS內工作場(chǎng)強很高，就可能產(chǎn)生下述幾種局部放電。

(1)載流導體表面缺陷，如有毛刺、尖角、設計不合理、導體表面的電場(chǎng)強度過(guò)高等，均會(huì )引起的局部放電。由于導體周?chē)菤怏w所包圍，所以這種局部放電又可稱(chēng)為電暈。

(2)絕緣體與導體的交界面上存在氣隙，這種氣隙可能是在產(chǎn)品制造時(shí)殘留的，也可能是在使用中熱脹冷縮形成的。氣隙中分配的場(chǎng)強高，而氣隙本身的擊穿場(chǎng)強又低，于是在氣隙中首先產(chǎn)生放電。

(3)澆注絕緣體中的缺陷，如氣泡、裂紋等所產(chǎn)生的局部放電。

(4)在SF6中導電微粒在強電場(chǎng)下產(chǎn)生的局部放電。

圖10—1為上述幾種放電的示意圖。對于上述幾種放電，用電測法測量時(shí)，在示波器50Hz.掃描橢圓時(shí)基上，可以看到不同的放電圖形，如圖10—2所示。圖10—2a是導體表面有缺陷的放電，這種放電都出現在試驗電壓(工頻交流)負半周峰值(3π/2)附近。放電脈沖幅值和間隔幾乎相等;圖10—2b是絕緣體內部的局部放電圖，放電是出現在電壓絕對值上升的相位中，正負半周都有，而且基本相同;圖10—2c是導體與絕緣體界面的放電圖，它與圖10—2b基本相同，只是電壓的正負半周放電圖形不對稱(chēng);圖10—2d是SF6中導電粒子造成的放電，它與電壓的相位無(wú)關(guān)，是隨機地跳躍出現在不同的相位上，而且幅值比較大，放電次數不多。

上述各種局部放電，都可能導致整個(gè)GIS損壞。在絕緣體中的局部放電會(huì )腐蝕絕緣材料，會(huì )發(fā)展成電樹(shù)枝，最后導致絕緣擊穿，表10—1表示這一破壞過(guò)程。

初期老化局部放電量明顯變化，并增大

氣泡壁附著(zhù)放電生成物，材料炭化

中期老化放電生成物侵蝕、擴大

形成空洞，并向深層發(fā)展

末期老化樹(shù)枝狀破壞性放電通道形成

絕緣最終破壞

在SF6中的局部放電和絕緣體表面的局部放電，都會(huì )生成或分解出一些新的生成物，如在填充劑中有硅元素存在時(shí)，可能生成有導電性的SiF4，這就會(huì )污染SF6，從而降低其擊穿場(chǎng)強，最終造成擊穿或閃絡(luò )。

為了保證GIS的產(chǎn)品質(zhì)量和安全運行，必須進(jìn)行局部放電的測量，我國(GB7674—87)《SF6封閉式組合電器》國家標準中規定，要在

和1.1Um(Um為試品的額定工作電壓)進(jìn)行局部放電的測量，目前尚未能在標準中做出規定，允許局部放電的水平，而是由制造廠(chǎng)可能達到的水平與用戶(hù)商定。為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過(guò)程中要對絕緣子單獨預先進(jìn)行局部放電的測量，對110kV絕緣子的放電量，國內工廠(chǎng)一般控制在不超過(guò)10pC，引進(jìn)絕緣子的放電量不超過(guò)lpC。

二、電測法測量GIS的局部放電

目前GIS中局部放電的測量，主要是用電測法。在實(shí)驗室內進(jìn)行測量時(shí)，一般都采用并聯(lián)直測法的試驗線(xiàn)路，如圖10—3所示。在現場(chǎng)測量中，如果從高壓端來(lái)的干擾比較嚴重，可用平衡法測試回路，這時(shí)，對于三相的GIS，可取其中兩相同時(shí)進(jìn)行測量，以抑制外來(lái)的干擾。

測試方法按GB7354—87《局部放電測量》國家標準有關(guān)規定。測量的靈敏度要求比較高，可測最小放電量應不大于1pC。圖10—4是澆注環(huán)氧樹(shù)脂內部人工氣隙放電產(chǎn)生的脈沖電壓波形。隨著(zhù)環(huán)氧樹(shù)脂中增添填充劑和人工氣隙尺寸的增大，這種放電脈沖上升和下降都變得比較緩慢，但上升時(shí)間還是在ns數量級。GIS中其他形式的放電，如電暈、雜質(zhì)粒子的放電，高頻分量就更多。為了抑制外界的干擾(上百MHz的干擾是很少的)，提高信噪比，取超高頻寬帶測試系統是比較合適的。

在GIS中，局部放電發(fā)生在絕緣.子內的幾率很大，因此在生產(chǎn)過(guò)程中要先預測絕緣子的局部放電。圖10—5是用于測量絕緣子局部放電的線(xiàn)路與裝置。試品、耦合電容器、高壓試驗變壓器等高壓部件都裝在充滿(mǎn)SF6的罐子中。試品可同時(shí)裝進(jìn)5～10個(gè)這樣的罐子中，通過(guò)測量切換裝置，可以分別測量單個(gè)試品的局部放電。局部放電測試儀的頻帶為40～2000kHz。補償電抗器是用以補償容性負載以減小設備的容量。LC濾波器是為了濾掉從電源來(lái)的高頻分量的干擾。在此裝置中，各試品的高壓端是連接在一起的，高壓端對地及對切換裝置的接頭都有雜散電容，因此，在被試絕緣子鄰近的絕緣子中的放電信號，也會(huì )進(jìn)入測試儀器，不過(guò)這些雜散電容比耦合電容要小得多，這種影響只有在鄰近絕緣子有很強烈的放電時(shí)，才應予以校正。

為了能識別在GIS中不同類(lèi)型的放電和確定放電的位置，近年來(lái)國內外正在研制各種計算機輔助的局部放電檢測系統，這個(gè)系統的硬件能采集到每個(gè)局部放電產(chǎn)生脈沖的大小、各次放電時(shí)試驗電壓的相位及瞬時(shí)值、試驗電壓的峰值、從開(kāi)始到結束的測量時(shí)間(用工頻周期數表示)，并通過(guò)A/D轉換，變?yōu)閿底至窟M(jìn)人計算機。這種系統的軟件功能是對采集的數據進(jìn)行統計計算和分析，識別是何種放電以及可能的放電位置。識別的方法是先在GIS中人工造成不同位置上、不同類(lèi)型的放電，測得這些放電的放電電荷、放電能量、放電相位、兩次放電間的時(shí)間間隔等參數的統計量及其分布，以此模式與實(shí)際試驗中測得的這些統計量和分布進(jìn)行比較，從而得出放電的類(lèi)型及可能的放電位置。