GIS中典型絕緣缺陷模擬及局部放電信號(hào)特征分析

王康寧，王天正，閆 杰，金 虎

（1、山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原，030001；2、華北電力大學(xué)河北省輸變電設(shè)備安全防御重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定，071003）

0 引言

氣體絕緣組合電器（gas insulated switchgear，GIS）以其占地面積小、不受大氣影響、可靠性高等的優(yōu)良性能在電力系統(tǒng)中的使用日益廣泛，然而，GIS內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)由于絕緣缺陷引起的局部放電（partial discharge，PD），PD長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展會(huì)導(dǎo)致GIS絕緣損害，對(duì)PD進(jìn)行檢測(cè)顯得尤為重要。文章通過(guò)在GIS實(shí)驗(yàn)腔體中設(shè)置典型的絕緣缺陷，采用脈沖電流法和超聲波檢測(cè)法對(duì)其局部放電信號(hào)進(jìn)行了檢測(cè)，得到了典型的信號(hào)特征，對(duì)GIS局部放電的進(jìn)一步研究有著一定的參考意義。

1 典型絕緣缺陷模擬

圖1 典型絕緣缺陷模型Fig.1 Typical insulation defect models

高壓導(dǎo)體金屬尖刺，采用直徑2mm鋁絲模擬高壓導(dǎo)體金屬尖刺放電，鋁絲距離GIS外殼6cm。

絕緣子表面金屬顆粒，采用長(zhǎng)度為2cm，直徑2mm的鋁絲，用膠帶固定在絕緣子表面；

外殼金屬尖刺，采用直徑1mm的鋁絲，距離高壓導(dǎo)體2cm。

2 放電信號(hào)分析

1） 高壓導(dǎo)體金屬尖刺

圖2 實(shí)驗(yàn)信號(hào)Fig.2 The experiment signals

從上面的圖中可以看出，放電首先發(fā)生在正半波峰值附近的下降沿，隨著電壓的升高，在負(fù)半波的峰值處開(kāi)始放電，進(jìn)一步升高電壓，正半波峰值處開(kāi)始放電，出現(xiàn)兩個(gè)波峰，放電正負(fù)半波不對(duì)稱，負(fù)半波放電較小。同時(shí)放電量在幾百pC范圍內(nèi)，且放電較為密集，成簇狀。放電起始電壓為40kV，擊穿電壓為110kV。

當(dāng)放電量為400pC時(shí)，對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)幅值為20mV，超聲波信號(hào)與50Hz或者100Hz具有相關(guān)性，且正負(fù)半波幅值相差不大，超聲波信號(hào)能量集中在低頻段，以30kHz傳感器為例，信號(hào)集中在15和20kHz附近，且隨著放電量的增加，頻譜特性沒(méi)有明顯的變化。

2） 絕緣子表面金屬顆粒

圖3 實(shí)驗(yàn)信號(hào)Fig.3 The experiment signal

放電脈沖清晰，脈沖的幅值、相位、脈沖之間的時(shí)間間隔、放電次數(shù)穩(wěn)定、規(guī)律。放電的相位在工頻電壓的上升沿，且正負(fù)半周幅值接近，隨著電壓的升高，放電次數(shù)增加，但是放電幅值變化不大。

當(dāng)放電量為600pC時(shí)，對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)幅值約為100mV，超聲波信號(hào)與100Hz具有相關(guān)性，且負(fù)半周幅值大于正半周。

3） 外殼金屬尖刺

圖4 實(shí)驗(yàn)信號(hào)Fig.4 The experiment signal

放電量較小，放電脈沖比較密集，放電首先發(fā)生在正半周，但是隨著電壓的升高直至擊穿，負(fù)半周的放電都很不明顯，放電的相位在工頻電壓的正半波峰值處，隨著電壓的升高，放電次數(shù)增加，放電幅值增大。

當(dāng)放電量為100pC時(shí)，對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)幅值約為5mV，對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)較小，超聲波信號(hào)與50Hz具有相關(guān)性，放電集中在正半周峰值處。

3 結(jié)論

通過(guò)模擬了高壓導(dǎo)體尖刺、盆式絕緣子表面金屬顆粒和外殼尖刺3種典型的絕緣缺陷，采用脈沖電流法和超聲波檢測(cè)法對(duì)其產(chǎn)生的局部放電信號(hào)進(jìn)行了檢測(cè)，得到了相應(yīng)的信號(hào)特性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用起到了一定的指導(dǎo)意義。

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