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。其絕緣系統(tǒng)的特點(diǎn)是在一個(gè)金屬封閉體內(nèi)充滿SF6氣體，用環(huán)氧澆注的絕緣子，把載流導(dǎo)體支撐在外殼上。由于GIS內(nèi)工作場(chǎng)強(qiáng)很高，就可能產(chǎn)生下述幾種局部放電。

(1)載流導(dǎo)體表面缺陷，如有毛刺、尖角、設(shè)計(jì)不合理、導(dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度過高等，均會(huì)引起的局部放電。由于導(dǎo)體周圍全是氣體所包圍，所以這種局部放電又可稱為電暈。

(2)絕緣體與導(dǎo)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(qiáng)高，而氣隙本身的擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)電微粒在強(qiáng)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(duì)于上述幾種放電，用電測(cè)法測(cè)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(dǎo)體表面有缺陷的放電，這種放電都出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓(工頻交流)負(fù)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(nèi)部的局部放電圖，放電是出現(xiàn)在電壓絕對(duì)值上升的相位中，正負(fù)半周都有，而且基本相同;圖10—2c是導(dǎo)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(fù)半周放電圖形不對(duì)稱;圖10—2d是SF6中導(dǎo)電粒子造成的放電，它與電壓的相位無關(guān)，是隨機(jī)地跳躍出現(xiàn)在不同的相位上，而且幅值比較大，放電次數(shù)不多。

上述各種局部放電，都可能導(dǎo)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)展成電樹枝，最后導(dǎo)致絕緣擊穿，表10—1表示這一破壞過程。

初期老化局部放電量明顯變化，并增大

氣泡壁附著放電生成物，材料炭化

中期老化放電生成物侵蝕、擴(kuò)大

形成空洞，并向深層發(fā)展

末期老化樹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(dǎo)電性的SiF4，這就會(huì)污染SF6，從而降低其擊穿場(chǎng)強(qiáng)，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(yùn)行，必須進(jìn)行局部放電的測(cè)量，我國(guó)(GB7674—87)《SF6封閉式組合電器》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)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(cè)量，目前尚未能在標(biāo)準(zhǔn)中做出規(guī)定，允許局部放電的水平，而是由制造廠可能達(dá)到的水平與用戶商定。為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中要對(duì)絕緣子單獨(dú)預(yù)先進(jìn)行局部放電的測(cè)量，對(duì)110kV絕緣子的放電量，國(guó)內(nèi)工廠一般控制在不超過10pC，引進(jìn)絕緣子的放電量不超過lpC。

二、電測(cè)法測(cè)量GIS的局部放電

目前GIS中局部放電的測(cè)量，主要是用電測(cè)法。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般都采用并聯(lián)直測(cè)法的試驗(yàn)線路，如圖10—3所示。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，如果從高壓端來的干擾比較嚴(yán)重，可用平衡法測(cè)試回路，這時(shí)，對(duì)于三相的GIS，可取其中兩相同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以抑制外來的干擾。

測(cè)試方法按GB7354—87《局部放電測(cè)量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定。測(cè)量的靈敏度要求比較高，可測(cè)最小放電量應(yīng)不大于1pC。圖10—4是澆注環(huán)氧樹脂內(nèi)部人工氣隙放電產(chǎn)生的脈沖電壓波形。隨著環(huán)氧樹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(shù)量級(jí)。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M(fèi)Hz的干擾是很少的)，提高信噪比，取超高頻寬帶測(cè)試系統(tǒng)是比較合適的。

在GIS中，局部放電發(fā)生在絕緣.子內(nèi)的幾率很大，因此在生產(chǎn)過程中要先預(yù)測(cè)絕緣子的局部放電。圖10—5是用于測(cè)量絕緣子局部放電的線路與裝置。試品、耦合電容器、高壓試驗(yàn)變壓器等高壓部件都裝在充滿SF6的罐子中。試品可同時(shí)裝進(jìn)5～10個(gè)這樣的罐子中，通過測(cè)量切換裝置，可以分別測(cè)量單個(gè)試品的局部放電。局部放電測(cè)試儀的頻帶為40～2000kHz。補(bǔ)償電抗器是用以補(bǔ)償容性負(fù)載以減小設(shè)備的容量。LC濾波器是為了濾掉從電源來的高頻分量的干擾。在此裝置中，各試品的高壓端是連接在一起的，高壓端對(duì)地及對(duì)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(hào)，也會(huì)進(jìn)入測(cè)試儀器，不過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(qiáng)烈的放電時(shí)，才應(yīng)予以校正。

為了能識(shí)別在GIS中不同類型的放電和確定放電的位置，近年來國(guó)內(nèi)外正在研制各種計(jì)算機(jī)輔助的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)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(yàn)電壓的相位及瞬時(shí)值、試驗(yàn)電壓的峰值、從開始到結(jié)束的測(cè)量時(shí)間(用工頻周期數(shù)表示)，并通過A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字量進(jìn)人計(jì)算機(jī)。這種系統(tǒng)的軟件功能是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和分析，識(shí)別是何種放電以及可能的放電位置。識(shí)別的方法是先在GIS中人工造成不同位置上、不同類型的放電，測(cè)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(shù)的統(tǒng)計(jì)量及其分布，以此模式與實(shí)際試驗(yàn)中測(cè)得的這些統(tǒng)計(jì)量和分布進(jìn)行比較，從而得出放電的類型及可能的放電位置。