林偉雄（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

基于特高頻法的GIS局部放電典型缺陷類型放電特性的研究

林偉雄
（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

摘 要：在電力系統(tǒng)的應用中，氣體絕緣組合電器GIS具有較多優(yōu)點，主要表現(xiàn)為對環(huán)境具有較小影響、免維護和占地少等，使其得到較為廣泛的使用。在實際運行中，可以采用特高頻的方法，可以對GIS局部放電典型缺陷類型的放電特性進行診斷，進而獲得GIS的實際運行狀況。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣組合電器（GIS）；局部放電；特高頻；典型缺陷類型；放電特性

隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對電力設備實施可行性和有效性的監(jiān)測也得了有關(guān)部門的足夠重視，對電力設備的實際運行狀態(tài)給予有效監(jiān)測，可以實現(xiàn)對設備故障的及時檢修，較少故障的發(fā)生。在監(jiān)測電力設備狀態(tài)時，最主要的監(jiān)測手段之一就是局部放電監(jiān)測，與其他狀態(tài)監(jiān)測方法相比，局部放電監(jiān)測具有明顯優(yōu)勢。電力設備的可靠性﹑穩(wěn)定性與局部放電密切相關(guān)，局部放電的主要研究內(nèi)容有局部放電定位﹑局部放電識別﹑局部放電監(jiān)測和局部放電的風險評估，常用的局部放電監(jiān)測方法有特高頻法﹑超聲法﹑光學法﹑寬帶脈沖電流法﹑脈沖電流法。根據(jù)運行經(jīng)驗可得，局部放電的缺陷類型不一樣，對設備的造成的危害也不一樣，在進行設備狀態(tài)評估時，識別相應的缺陷類型具有重要的作用。

圖1 高壓導體上的尖刺（鐵絲模擬）

1 典型缺陷類型研究

GIS在裝配﹑運輸和制造過程中，受到的影響因素主要有環(huán)境和人為兩方面，致使?jié)摲匀毕莸漠a(chǎn)生，比如突起物和顆粒。在長期運行過程中，GIS也會存在各種各樣的潛伏性缺陷，正是由于這些缺陷的存在，導致GIS出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，時間長了就容易出現(xiàn)擊穿閃絡等事故。在GIS常見的缺陷類型主要有接地體金屬突起物缺陷﹑內(nèi)部氣隙缺陷﹑絕緣子污穢缺陷﹑金屬懸浮物電位缺陷等，不同的缺陷類型在實施監(jiān)測中呈現(xiàn)的監(jiān)測結(jié)果也不一樣。本文主要在特高頻法的基礎上，對GIS運行中存在的幾種典型的缺陷類型進行以下分析。

1.1 高壓母線尖刺缺陷

通常尖刺是固定在高壓母線上，如圖1所示，尖刺的存在會使周圍電場出現(xiàn)畸變，增強局部電場。當尖刺尖端的局部電場強度超過臨界值（SF6 89kV/cm）時，電暈放電就會產(chǎn)生，但在短時間內(nèi)，不會出現(xiàn)氣體擊穿現(xiàn)象。高壓母線尖刺缺陷存在兩個放電階段：（1）初始放電階段：在此階段，電壓處于較低值，在電源電壓的負半周出現(xiàn)放電脈沖數(shù)量比較少，在正半周基本沒有出現(xiàn)放電脈沖。出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因為在負半周尖端屬于負極性，在尖端周圍空氣里，電離出來的電子具有移動速度快﹑質(zhì)量小等特點，而靠近尖端附近的是正離子，由于尖端電場和高電極電場的疊加，正離子處于這樣的環(huán)境下，使得尖端附近的電場不斷增加，隨著電場強度的增加，放電現(xiàn)象就出現(xiàn)了，反之，就不容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象；（2）電壓增加到一定程度時，在正半周波形處，產(chǎn)生的氣體電離比較強烈，在實際移動中，大量正離子不斷靠近電極，這就等效于兩極間距離的減少。由于氣體的持續(xù)電離，促進電子崩的形成，進而形成流注放電，引發(fā)大量放電脈沖的出現(xiàn)。

1.2 接地體尖刺缺陷

處于接地體上的尖刺也會引發(fā)局部電場畸變現(xiàn)象，致使尖端周圍的氣體出現(xiàn)電離，導致局部放電現(xiàn)象。由于接地體尖刺缺陷，引發(fā)的局部放電脈沖，電源電壓波形的正峰值附近是其主要聚集地，且出現(xiàn)較高的信號幅值；反之，在電源電壓的波形記錄中，負峰值出現(xiàn)較低的放電重復率，信號幅值也比較低。逐漸增加施加電壓后，負峰值處的放電脈沖也沒有增加。出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因可能有兩種，一是在電源電壓波形的正峰值處，接地體尖刺缺陷輻射出來的特高頻電磁波比較強，而負峰值處比較低，致使特高頻傳感器檢測不到；二是在負峰值處，施加電壓過低，局部放電強度比較低。

1.3 懸浮電位缺陷

當導電微粒處于GIS絕緣子表面時，可能存在懸浮現(xiàn)象，進而產(chǎn)生放電過程。在電場的作用下，隨著導電微粒的移動，放電過程就逐漸出現(xiàn)，致使絕緣子表現(xiàn)出現(xiàn)放電情況，如果電場分布不均，可能導致?lián)舸┈F(xiàn)象的出現(xiàn)。在GIS中，當主電機上連接的懸浮金屬部件出現(xiàn)浮動時，也會存在放電現(xiàn)象。在電場力的作用下，機械振動會加倍，在電極導體和金屬部件之間存在一段懸浮距離，此種情況也會引發(fā)放電，導致聲波輻射和火花的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)懸浮電位缺陷，產(chǎn)生的局部放電將會比較強烈，造成的危害是比較嚴重的。經(jīng)過試驗可知，在懸浮電位缺陷下，電源電壓波形的過零點附近是局部放電脈沖的聚集場所，且電壓越大，局部放電強度將會不斷增強。

1.4 絕緣子氣泡缺陷

在電極鑄件和絕緣子表面的裂縫及空隙內(nèi)，也存在較多的氣體，隨著局部電場強度的逐漸增加，導致?lián)舸┈F(xiàn)象的出現(xiàn)。一旦產(chǎn)生自由電子，便會引發(fā)放電現(xiàn)象，致使絕緣子墊片和絕緣子表面出現(xiàn)火花放電。經(jīng)過試驗研究可得，與絕緣子本身相比，在絕緣子空隙內(nèi)，產(chǎn)生的氣體場強比較大，但介電強度比較低，因此，當施加電壓上升到一定值時，絕緣子空隙將會更加快速的產(chǎn)生局限放電現(xiàn)象。

圖2 2013年城北站進行局放測試所得圖譜

2 基于特高頻

法的GIS局部放電典型缺陷類型放電特性的譜圖特征

2.1 高壓母線尖刺缺陷

在此缺陷下，電源電壓波形負峰值處是局部放電現(xiàn)象首先出現(xiàn)的位置，隨著電壓的不斷增加，在正峰值處也會逐漸出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。但是相對于電源電壓波形的負半周，電源電壓波形的正半周放電特點表現(xiàn)為放電密度比較小﹑幅值比較大。且在電源電壓波形的負峰值和正峰值附近是放電相位的主要集中部位。

2.2 接地體尖刺缺陷

在接地體尖刺缺陷下，在靠近電源電壓波形的正峰值周圍是局部放電脈沖的主要集中部位，且具有較高的信號幅值。而在電源電壓波形的負峰值處，從記錄情況看，放電特點表現(xiàn)為具有較低的重復率﹑較小的幅值。隨著施加電壓的增加，在負峰值處出現(xiàn)放電脈沖的幾率比較小，此放電特性與高壓母線尖刺缺陷引發(fā)的局部放電特性恰恰相反，且表現(xiàn)出較強的尖端放電極性，時間間隔最小。

2.3 懸浮電位缺陷

由懸浮電位缺陷引發(fā)的局部放電現(xiàn)象，主要的集中位置為電源電壓波形的過零點附近，如果施加電壓不斷增加，在過零點附近表現(xiàn)出來的局部放電強度也會不斷加強。比如，2013年城北站進行局放測試得出圖譜如圖2所示，這些圖譜表現(xiàn)為局放信號隨電壓的增加而增加。經(jīng)過分析后完全符合懸浮電位缺陷的特征。

圖3 四種典型缺陷的局部放電的特征譜圖

2.4 絕緣子氣泡缺陷

經(jīng)過在線監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)測，GIS局部放電現(xiàn)象主要出現(xiàn)在正﹑負半周上升沿附近，脈沖形狀酷似“兔耳”，且是絕緣子氣泡缺陷所特有的。隨著施加電壓的增加，放電特性表現(xiàn)為較大的重復率和和較大的放電幅值，且放電幅值與時間間隔沒有顯著區(qū)別。圖3為四種典型缺陷的局部放電譜圖。

結(jié)語

總之，由不同缺陷引發(fā)的局部放電譜圖可知，不同的放電類型，局部放電譜圖具有顯著區(qū)別，因此，在特高頻法的基礎上，對GIS局部放電實施在線監(jiān)測，有利于典型缺陷類型和局部放電的放電特性的可靠性識別。

參考文獻

[1]喬偉，馮允平.GIS局部放電檢測與識別[J].高壓電器，2014（05）.

[2]金立軍，劉衛(wèi)東，黃家旗.GIS金屬顆粒局部放電的試驗研究[J].高壓電器，2014（04）.

[3]王建生，邱毓昌.氣體絕緣開關(guān)設備中局部放電的在線監(jiān)測技術(shù)[J].電工電能新技術(shù)，2014（02）.

中圖分類號：TM56

文獻標識碼：A