高壓GIS局部放電的預(yù)防

楊旭

摘要：隨著我國的經(jīng)濟在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，GIS設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊、可行性高、易維護等優(yōu)點，在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、絕緣零件使用較多且存在老化現(xiàn)象，在其生產(chǎn)、安裝過程中內(nèi)部不可避免地存在絕緣隱患，局部放電是GIS設(shè)備發(fā)生絕緣故障的先兆和表現(xiàn)形式，長期存在的局部放電使得絕緣劣化并擴大，造成最終的絕緣擊穿和沿面閃絡(luò)，因此必須給予嚴(yán)重關(guān)注，以提高電網(wǎng)運行的可靠性。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣金屬封閉組合電器;局部放電;盆式絕緣子;在線監(jiān)測

引言

局部放電主要是變壓器、互感器以及其它一些高壓電氣設(shè)備在高電壓的作用下，其內(nèi)部絕緣發(fā)生的放電。這種放電只存在于絕緣的局部位置，不會立即形成整個絕緣貫通性擊穿或閃絡(luò)，所以稱為局部放電。局部放電對絕緣的破壞作用是一個緩慢的過程，而且是從局部區(qū)域開始的，它會降低絕緣壽命，影響設(shè)備安全運行，對高壓設(shè)備來說是一種隱患，因此局部放電越來越受到高壓電工產(chǎn)品使用單位的重視。為防止局部放電的發(fā)生，首先要了解它產(chǎn)生的原因及其嚴(yán)重的危害性，使制造單位對高壓電工產(chǎn)品進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，精心施工，提高材料純凈度，嚴(yán)格處理各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量。運行單位應(yīng)加強高壓設(shè)備的維護、監(jiān)測等工作。以便有效地防止高壓設(shè)備局部放電的發(fā)生。

1開展局部放電試驗的必要性分析

局部放電一般是由于絕緣體內(nèi)部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的。而局部場強過高會導(dǎo)致絕緣介質(zhì)中局部放電或擊穿，這是造成絕緣劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式，與絕緣材料的劣化和擊穿密切相關(guān)。因此，局部放電測量有助于探測現(xiàn)場試驗期間的某類故障，也有助于確定經(jīng)過一段時間運行后設(shè)備是否需要維護。局部放電測試以局部放電所產(chǎn)生的電信號作為需要采集的信號源，并通過數(shù)學(xué)換算把采集到的信號源進行量化，用可描述的物理量來表示局部放電信號的類型、大小、種類等。通過參考對比局部放電的信號數(shù)據(jù)庫，我們就可以初步判定產(chǎn)生局部放電的原因、類型。根據(jù)局部放電的過程中可能會產(chǎn)生的超聲波、電脈沖、電磁輻射、光以及化學(xué)生成物，通過合適的傳感器對這些物理電磁信號和氣體進行采樣，局部放電檢測方法也相應(yīng)地衍生出脈沖電流法、超聲波法、超高頻（UHF）法等。脈沖電流檢測法具有較高的靈敏度，但很容易受其他信號的干擾，故此法一般只在實驗室應(yīng)用。超聲波局部放電檢測法技術(shù)相對比較成熟，而聲音信號在真空中的傳輸速度較慢，大約140m/s，且超聲波中的頻率較高部分衰減較快，聲波信號在不同的介質(zhì)中傳播的速率不一樣，在不同介質(zhì)的邊界會發(fā)生折射和衍射，如果發(fā)生的局部放電較為復(fù)雜，那么超聲波耦合器采集到的聲波信號模式就變得相當(dāng)復(fù)雜。此外，超聲波傳感器監(jiān)測有效范圍較小，對大型設(shè)備需要裝設(shè)很多傳感器，現(xiàn)場應(yīng)用很不方便。超高頻檢測方法將測試傳感器放置在盆式絕緣子處，在UHF頻段（300MHz以上）接收及耦合GIS內(nèi)部信號，既能避開一般的電磁干擾，又能準(zhǔn)確測量GIS內(nèi)部的放電信號，因此該方法在現(xiàn)場得到廣泛的應(yīng)用。

2設(shè)備運行后GIS局部放電產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

2.1水分含量的影響

GIS設(shè)備在投入運行時，水分含量均控制在國家標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)，運行狀態(tài)下，有電弧分解物的氣室水分含量需小于300ppm，無電弧分解物的氣室水分含量需小于500ppm。GIS筒體內(nèi)部SF6氣體的壓力比外界高，但外界的水分壓力比內(nèi)部高。而水分子等效分子直徑僅為SF6分子的0.7倍，滲透力極強，在內(nèi)外巨大壓差作用下，大氣中的水分會逐漸通過密封件滲入筒體內(nèi)部SF6氣室中。排除設(shè)備生產(chǎn)廠家的原因，運行過程中SF6氣室中水分含量是會上升的。在正常情況下，SF6氣體是一種化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定、不易分解的無色、無味、不可燃的氣體，但在GIS內(nèi)部出現(xiàn)局部放電（PartialDischarge，簡稱PD）時，SF6會發(fā)生不同程度的分解，生成如SF4、SF3等低氟化物，對于純凈的SF6氣體，絕大部分的低氟化物會復(fù)合還原成SF6;但是由于SF6氣體中水分含量的上升，使得SF6氣體中不可避免地會含有微量水分（H2O），它會與這些低氟化物反應(yīng)，使得這種分解-復(fù)合平衡被打破，同時生成更多更復(fù)雜的組分，如SOF2、SO2F2、SOF4、SO2、HF、H2S等，其中一些生成物水解后形成的酸性物質(zhì)，對GIS設(shè)備內(nèi)部固件有腐蝕作用，嚴(yán)重時會損壞設(shè)備內(nèi)部固體絕緣，從而降低了設(shè)備的整體絕緣性能，對設(shè)備的安全穩(wěn)定運行造成威脅。另外，SF6氣體中的微水通常以水蒸氣的形式存在，當(dāng)溫度降低時，可能在設(shè)備內(nèi)部結(jié)露，與內(nèi)部的各種污染物混合后，附著在固體絕緣子的表面，容易引起沿面放電。因此，在GIS設(shè)備運行中，要定期對SF6氣室水分含量進行監(jiān)督和處理。

2.2環(huán)境良好

產(chǎn)品在裝配過程中，如果生產(chǎn)環(huán)境潔凈度不好，降塵量較大，使器身及油箱中附著許多雜質(zhì)顆粒，產(chǎn)品注油后，這些雜質(zhì)就會溶入油中，并對強電場周圍造成威脅。所以，對重點產(chǎn)品，可以考慮在一些重要的絕緣件上用酒精擦拭纖維粉末灰塵。局部放電較大的部位多在引線附近，其原因是制造工藝存在缺陷。降低引線周圍電場強度的方法：①增加引線每邊絕緣厚度。②加大引線的絕緣距離。③加大引線的直徑。從經(jīng)濟和制作角度考慮，可采用增加引線每邊絕緣厚度的辦法。工藝缺陷對引線電場的影響有：干燥不徹底、油質(zhì)低劣、器身暴露在空氣中的時間過長及充油時真空度不夠高等都是變壓器質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的原因。另外，電極不光滑出現(xiàn)小尖角或者絕緣有缺陷，都會使油中出現(xiàn)極不均勻電場，若高場強大于局部許用場強時，局部放電就發(fā)生了。高壓引線出頭屏蔽包扎易出現(xiàn)的問題：①金屬化皺紋紙沒有拉緊，包扎時出現(xiàn)折疊，使屏蔽紙（電極）出現(xiàn)小尖角，尖角和絕緣紙間形成小油隙，成為電極缺陷。②外包絕緣紙未拉緊，絕緣紙出現(xiàn)折疊，折疊處形成小油隙，成為絕緣缺陷。應(yīng)用電場軟件計算得知，電極有缺陷時局部場強增大15%左右，絕緣有缺陷局部場強增大20%左右。

2.3特高頻法檢測

特高頻法是GIS局部放電檢測技術(shù)應(yīng)用中較為常用的一種技術(shù)，在應(yīng)用過程中需要注意的是對整個技術(shù)應(yīng)用中電磁波信號的檢測，通常情況下，特高頻法檢測中，需要以局部放電檢測技術(shù)作為檢測技術(shù)實施基礎(chǔ)，也就是將兩種檢測技術(shù)結(jié)合，保障在技術(shù)結(jié)合中，能夠?qū)崿F(xiàn)其整個技術(shù)檢測的科學(xué)性提升。特高頻檢測法采用的是時差定位法，借助這種時差定位法能夠?qū)IS局部電源檢測中的位置信息明確，這樣才能控制好整個檢測技術(shù)應(yīng)用的傳播控制，保障在控制傳播中能夠?qū)⒄w的系統(tǒng)傳播控制要點處理好，這樣才能滿足整體的放電檢測需求。

結(jié)語

總之，GIS設(shè)備是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，保證其安全可靠運行對于提高電網(wǎng)供電可靠性意義重大。而局部放電檢測作為GIS在安裝完畢及正常運行中的必試項目，因此，加強對GIS局部放電的監(jiān)測，是有效發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備產(chǎn)生的各種缺陷并及時加以排除的重要舉措。

參考文獻(xiàn)

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