GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及特征

第31卷 第1期 2011年1月5日 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.31 No.1 Jan.5, 2011

©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 101

文章编号：0258-8013 (2011) 01-0101-08 中图分类号：TM 85 文献标志码：A 学科分类号：470·40

GIS绝缘子表面固定金属颗粒

沿面局部放电发展的现象及特征

齐波1，李成榕1，郝震1，耿弼博1，徐党国2，刘少宇2，邓春2

（1．高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区 102206；

2．华北电力科学研究院有限责任公司，北京市 西城区 100045）

Evolution Phenomena and Features of Surface Partial Discharge Initiated

by Immobilized Metal Particles on GIS Insulators

QI Bo1, LI Chengrong1, HAO Zhen1, GENG Bibo1, XU Dangguo2, LIU Shaoyu2, DENG Chun2

(1. Beijing Key Laboratory of High Voltage & EMC (North China Electric Power University), Changping District, Beijing 102206,

China; 2. North China Electric Power Research Institute Co. Ltd., Xicheng District, Beijing 100045, China ) ABSTRACT: The surface partial discharge triggered by immobilized metal particles on gas insulated switchgear (GIS) insulators in terms of the discharge phenomena alongside its evaluation process was studied in this paper. With application of incremental voltages, long-term laboratory tests were conducted on a well-established 220 kV experimental platform to observe the entire evaluation process of surface partial discharge from its initiation, to gradual development and the eventual occurrence of surface flashover. Features of surface partial discharge phenomena at various evolutionary stages were recorded in the form of frequency curves, scatter diagrams, two-dimensional histograms, and grey-scale maps. It was shown by experiments that the phenomena of the surface partial discharge triggered by immobilized metal particles on GIS insulators indicates three developing stages from corona discharge domination, to coexistence of corona discharge and surface streamer discharge, and finally, surface streamer discharge domination.

KEY WORDS: gas insulated switchgear (GIS); partial discharge; immobilized metal particles; insulator; surface discharge

摘要：为研究气体绝缘全封闭式组合电器(gas insulated switchgear，GIS)设备中绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及其特征，搭建了一套220 kV GIS设备沿面放电缺陷发展实验平台，采用逐步升压法对绝缘子表面固

基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2009CB-724508)。

The National Basic Research Program of China (973 Program)(2009CB724508).

定金属颗粒的沿面局部放电进行长期试验，观察到了放电起始、发展直至沿面闪络的现象。利用测量到的局部放电随时间变化的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图，描述了沿面局部放电发展的现象并获得了相应的图谱特征。试验结果表明：GIS设备绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展现象呈现出电晕放电、电晕放电和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段。

关键词：气体绝缘组合电器；局部放电；固定金属颗粒；绝缘子；沿面放电

0 引言

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear，GIS)因具有占地面积小、维护工作量少、绝缘性能优良、可靠性高等优点而被广泛应用于高压输电领域。随着电网电压等级和系统容量的不断增加，GIS设备的内部故障也随之增多[1]，因此寻找有效评估GIS内部状态的方法尤为重要。目前国际上主要通过检测其内部的局部放电来评估其绝缘状态[2-3]，局部放电不仅是GIS设备绝缘劣化的先兆和表现形式，而且能够引起绝缘的进一步劣化，致使GIS的电气绝缘性能降低，最终导致绝缘击穿或沿面闪络[4-8]。

对GIS设备可靠性的统计[9-10]表明，GIS绝缘故障中绝缘子表面金属颗粒的沿面放电占有相当大的比例，主要原因是GIS设备在生产、装配、运输以及开关动作等过程中会不可避免地在设备内部产生金属颗粒，这些金属颗粒的自由运动能够急剧降低SF6气体的绝缘水平。金属颗粒如游离到绝

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缘子的表面，在某些条件下被固定下来时，表面局部电场将被集中，绝缘子表面的闪络电压将显著降低；因此金属颗粒引起的GIS绝缘故障可以分为金属颗粒引起的SF6气体介质击穿和金属颗粒附着在绝缘子表面形成的绝缘子沿面放电而导致的闪络。由于固体介质的沿面闪络电压远低于SF6气体的击穿电压，因此绝缘子表面的固定金属颗粒更易引发GIS设备绝缘事故，危害更大。

近年来，国内外对GIS设备中绝缘子表面固定金属颗粒所引起的沿面放电进行了大量的研究工作[11-20]，主要集中在放电缺陷的在线或离线检测、放电模式识别、放电点定位、计算机仿真及绝缘结构优化设计等方面，取得了一定的进展。然而，在GIS设备的状态评估中除需要确定放电的类型和放电位置以外，还需要了解放电的严重程度。目前，仅根据局部放电幅值大小很难确定GIS放电的严重程度，GIS局部放电严重程度的辨识与评估一直是一个悬而未解的难题，是GIS内部状态评估亟待解决的问题。本文通过研究绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象，探索不同放电发展阶段的放电图谱特征，从而为利用局部放电进行GIS设备放电严重程度的评估提供依据。

绝缘子，构成8个大小不等的气室，各气室内充以0.4 MPa的SF6气体，以保证试验条件与设备实际 运行情况相同[21]。试验腔经过单独设计，试验腔的结构示意图如图2所示。装有3个石英玻璃观察窗、2个安装孔和1个手孔，分别用于试验过程中光信号的观测、特高频传感器和超声波传感器的安装以及放电模型的设置。本文的所有试验均在试验腔内进行。

上安装孔下安装孔

手孔

观察窗1

观察窗2

观察窗3

图2 试验腔体结构示意图

Fig. 2 Structure of the experimental chamber

1 试验平台

1.1 试验装置

本文作者建立了一套220 kV GIS设备沿面放电缺陷发展的实验平台，主要包括试验装置、放电模型、检测装置和数据采集装置4部分。采用了实际的252 kV ZF-16型GIS腔体作为试验装置，结构示意图如图1所示。

1.2 放电模型

放电模型的确定以该模型下的放电特性为依据。本文经过多次试验，确定绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电缺陷的放电模型为长度 5 cm、直径0.8 mm、平行于电场方向固定放置的单根电料铝丝，上端部位于绝缘子表面3 cm处。该模型下的放电起始电压为69.9 kV，起始放电量为4.8 pC，闪络电压为101.6 kV。该模型的实物照片如图3所示。

套管

3 970

上安装孔

下安装孔

500 500

手孔

试验腔转接腔

非气隔绝缘子

气压表 气隔绝缘子

1.3 检测装置

图3 试验前固定颗粒沿面放电模型实物图

Fig. 3 Pre-experimental image of surfa …… 此处隐藏：16561字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……