基于特高频法的GIS局部放电典型缺陷类型放电特性的研究

林伟雄（广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000）

基于特高频法的GIS局部放电典型缺陷类型放电特性的研究

林伟雄
（广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000）

摘 要：在电力系统的应用中，气体绝缘组合电器GIS具有较多优点，主要表现为对环境具有较小影响、免维护和占地少等，使其得到较为广泛的使用。在实际运行中，可以采用特高频的方法，可以对GIS局部放电典型缺陷类型的放电特性进行诊断，进而获得GIS的实际运行状况。

关键词：气体绝缘组合电器（GIS）；局部放电；特高频；典型缺陷类型；放电特性

随着电力系统的飞速发展，对电力设备实施可行性和有效性的监测也得了有关部门的足够重视，对电力设备的实际运行状态给予有效监测，可以实现对设备故障的及时检修，较少故障的发生。在监测电力设备状态时，最主要的监测手段之一就是局部放电监测，与其他状态监测方法相比，局部放电监测具有明显优势。电力设备的可靠性﹑稳定性与局部放电密切相关，局部放电的主要研究内容有局部放电定位﹑局部放电识别﹑局部放电监测和局部放电的风险评估，常用的局部放电监测方法有特高频法﹑超声法﹑光学法﹑宽带脉冲电流法﹑脉冲电流法。根据运行经验可得，局部放电的缺陷类型不一样，对设备的造成的危害也不一样，在进行设备状态评估时，识别相应的缺陷类型具有重要的作用。

图1 高压导体上的尖刺（铁丝模拟）

1 典型缺陷类型研究

GIS在装配﹑运输和制造过程中，受到的影响因素主要有环境和人为两方面，致使潜伏性缺陷的产生，比如突起物和颗粒。在长期运行过程中，GIS也会存在各种各样的潜伏性缺陷，正是由于这些缺陷的存在，导致GIS出现局部放电现象，时间长了就容易出现击穿闪络等事故。在GIS常见的缺陷类型主要有接地体金属突起物缺陷﹑内部气隙缺陷﹑绝缘子污秽缺陷﹑金属悬浮物电位缺陷等，不同的缺陷类型在实施监测中呈现的监测结果也不一样。本文主要在特高频法的基础上，对GIS运行中存在的几种典型的缺陷类型进行以下分析。

1.1 高压母线尖刺缺陷

通常尖刺是固定在高压母线上，如图1所示，尖刺的存在会使周围电场出现畸变，增强局部电场。当尖刺尖端的局部电场强度超过临界值（SF6 89kV/cm）时，电晕放电就会产生，但在短时间内，不会出现气体击穿现象。高压母线尖刺缺陷存在两个放电阶段：（1）初始放电阶段：在此阶段，电压处于较低值，在电源电压的负半周出现放电脉冲数量比较少，在正半周基本没有出现放电脉冲。出现此种现象的原因为在负半周尖端属于负极性，在尖端周围空气里，电离出来的电子具有移动速度快﹑质量小等特点，而靠近尖端附近的是正离子，由于尖端电场和高电极电场的叠加，正离子处于这样的环境下，使得尖端附近的电场不断增加，随着电场强度的增加，放电现象就出现了，反之，就不容易出现放电现象；（2）电压增加到一定程度时，在正半周波形处，产生的气体电离比较强烈，在实际移动中，大量正离子不断靠近电极，这就等效于两极间距离的减少。由于气体的持续电离，促进电子崩的形成，进而形成流注放电，引发大量放电脉冲的出现。

1.2 接地体尖刺缺陷

处于接地体上的尖刺也会引发局部电场畸变现象，致使尖端周围的气体出现电离，导致局部放电现象。由于接地体尖刺缺陷，引发的局部放电脉冲，电源电压波形的正峰值附近是其主要聚集地，且出现较高的信号幅值；反之，在电源电压的波形记录中，负峰值出现较低的放电重复率，信号幅值也比较低。逐渐增加施加电压后，负峰值处的放电脉冲也没有增加。出现此种现象的原因可能有两种，一是在电源电压波形的正峰值处，接地体尖刺缺陷辐射出来的特高频电磁波比较强，而负峰值处比较低，致使特高频传感器检测不到；二是在负峰值处，施加电压过低，局部放电强度比较低。

1.3 悬浮电位缺陷

当导电微粒处于GIS绝缘子表面时，可能存在悬浮现象，进而产生放电过程。在电场的作用下，随着导电微粒的移动，放电过程就逐渐出现，致使绝缘子表现出现放电情况，如果电场分布不均，可能导致击穿现象的出现。在GIS中，当主电机上连接的悬浮金属部件出现浮动时，也会存在放电现象。在电场力的作用下，机械振动会加倍，在电极导体和金属部件之间存在一段悬浮距离，此种情况也会引发放电，导致声波辐射和火花的出现。一旦出现悬浮电位缺陷，产生的局部放电将会比较强烈，造成的危害是比较严重的。经过试验可知，在悬浮电位缺陷下，电源电压波形的过零点附近是局部放电脉冲的聚集场所，且电压越大，局部放电强度将会不断增强。

1.4 绝缘子气泡缺陷

在电极铸件和绝缘子表面的裂缝及空隙内，也存在较多的气体，随着局部电场强度的逐渐增加，导致击穿现象的出现。一旦产生自由电子，便会引发放电现象，致使绝缘子垫片和绝缘子表面出现火花放电。经过试验研究可得，与绝缘子本身相比，在绝缘子空隙内，产生的气体场强比较大，但介电强度比较低，因此，当施加电压上升到一定值时，绝缘子空隙将会更加快速的产生局限放电现象。

图2 2013年城北站进行局放测试所得图谱

2 基于特高频

法的GIS局部放电典型缺陷类型放电特性的谱图特征

2.1 高压母线尖刺缺陷

在此缺陷下，电源电压波形负峰值处是局部放电现象首先出现的位置，随着电压的不断增加，在正峰值处也会逐渐出现局部放电现象。但是相对于电源电压波形的负半周，电源电压波形的正半周放电特点表现为放电密度比较小﹑幅值比较大。且在电源电压波形的负峰值和正峰值附近是放电相位的主要集中部位。

2.2 接地体尖刺缺陷

在接地体尖刺缺陷下，在靠近电源电压波形的正峰值周围是局部放电脉冲的主要集中部位，且具有较高的信号幅值。而在电源电压波形的负峰值处，从记录情况看，放电特点表现为具有较低的重复率﹑较小的幅值。随着施加电压的增加，在负峰值处出现放电脉冲的几率比较小，此放电特性与高压母线尖刺缺陷引发的局部放电特性恰恰相反，且表现出较强的尖端放电极性，时间间隔最小。

2.3 悬浮电位缺陷

由悬浮电位缺陷引发的局部放电现象，主要的集中位置为电源电压波形的过零点附近，如果施加电压不断增加，在过零点附近表现出来的局部放电强度也会不断加强。比如，2013年城北站进行局放测试得出图谱如图2所示，这些图谱表现为局放信号随电压的增加而增加。经过分析后完全符合悬浮电位缺陷的特征。

图3 四种典型缺陷的局部放电的特征谱图

2.4 绝缘子气泡缺陷

经过在线监测系统的实时监测，GIS局部放电现象主要出现在正﹑负半周上升沿附近，脉冲形状酷似“兔耳”，且是绝缘子气泡缺陷所特有的。随着施加电压的增加，放电特性表现为较大的重复率和和较大的放电幅值，且放电幅值与时间间隔没有显著区别。图3为四种典型缺陷的局部放电谱图。

结语

总之，由不同缺陷引发的局部放电谱图可知，不同的放电类型，局部放电谱图具有显著区别，因此，在特高频法的基础上，对GIS局部放电实施在线监测，有利于典型缺陷类型和局部放电的放电特性的可靠性识别。

参考文献

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[2]金立军，刘卫东，黄家旗.GIS金属颗粒局部放电的试验研究[J].高压电器，2014（04）.

[3]王建生，邱毓昌.气体绝缘开关设备中局部放电的在线监测技术[J].电工电能新技术，2014（02）.

中图分类号：TM56

文献标识码：A