高壓GIS局部放電的預(yù)防

楊旭

摘要：隨著我國的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，GIS設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊、可行性高、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)期存在的局部放電使得絕緣劣化并擴(kuò)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(yùn)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(cè)

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(huì)立即形成整個(gè)絕緣貫通性擊穿或閃絡(luò)，所以稱為局部放電。局部放電對(duì)絕緣的破壞作用是一個(gè)緩慢的過程，而且是從局部區(qū)域開始的，它會(huì)降低絕緣壽命，影響設(shè)備安全運(yùn)行，對(duì)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(duì)高壓電工產(chǎn)品進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，精心施工，提高材料純凈度，嚴(yán)格處理各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。運(yùn)行單位應(yīng)加強(qiáng)高壓設(shè)備的維護(hù)、監(jiān)測(cè)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(yàn)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(chǎng)特別集中而引起的。而局部場(chǎng)強(qiáng)過高會(huì)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(cè)量有助于探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間的某類故障，也有助于確定經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后設(shè)備是否需要維護(hù)。局部放電測(cè)試以局部放電所產(chǎn)生的電信號(hào)作為需要采集的信號(hào)源，并通過數(shù)學(xué)換算把采集到的信號(hào)源進(jìn)行量化，用可描述的物理量來表示局部放電信號(hào)的類型、大小、種類等。通過參考對(duì)比局部放電的信號(hào)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(huì)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(duì)這些物理電磁信號(hào)和氣體進(jìn)行采樣，局部放電檢測(cè)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(cè)法具有較高的靈敏度，但很容易受其他信號(hào)的干擾，故此法一般只在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。超聲波局部放電檢測(cè)法技術(shù)相對(duì)比較成熟，而聲音信號(hào)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(hào)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(huì)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(hào)模式就變得相當(dāng)復(fù)雜。此外，超聲波傳感器監(jiān)測(cè)有效范圍較小，對(duì)大型設(shè)備需要裝設(shè)很多傳感器，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用很不方便。超高頻檢測(cè)方法將測(cè)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(hào)，既能避開一般的電磁干擾，又能準(zhǔn)確測(cè)量GIS內(nèi)部的放電信號(hào)，因此該方法在現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。

2設(shè)備運(yùn)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(yùn)行時(shí)，水分含量均控制在國家標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)，運(yùn)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(qiáng)，在內(nèi)外巨大壓差作用下，大氣中的水分會(huì)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(yùn)行過程中SF6氣室中水分含量是會(huì)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(jiǎn)稱PD）時(shí)，SF6會(huì)發(fā)生不同程度的分解，生成如SF4、SF3等低氟化物，對(duì)于純凈的SF6氣體，絕大部分的低氟化物會(huì)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(huì)含有微量水分（H2O），它會(huì)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(shí)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(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部固件有腐蝕作用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shí)，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(yùn)行中，要定期對(duì)SF6氣室水分含量進(jìn)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(huì)溶入油中，并對(duì)強(qiáng)電場(chǎng)周圍造成威脅。所以，對(duì)重點(diǎn)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(chǎng)強(qiáng)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(jì)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(duì)引線電場(chǎng)的影響有：干燥不徹底、油質(zhì)低劣、器身暴露在空氣中的時(shí)間過長(zhǎng)及充油時(shí)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(huì)使油中出現(xiàn)極不均勻電場(chǎng)，若高場(chǎng)強(qiáng)大于局部許用場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，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(shí)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(chǎng)軟件計(jì)算得知，電極有缺陷時(shí)局部場(chǎng)強(qiáng)增大15%左右，絕緣有缺陷局部場(chǎng)強(qiáng)增大20%左右。

2.3特高頻法檢測(cè)

特高頻法是GIS局部放電檢測(cè)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(duì)整個(gè)技術(shù)應(yīng)用中電磁波信號(hào)的檢測(cè)，通常情況下，特高頻法檢測(cè)中，需要以局部放電檢測(cè)技術(shù)作為檢測(cè)技術(shù)實(shí)施基礎(chǔ)，也就是將兩種檢測(cè)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(gè)技術(shù)檢測(cè)的科學(xué)性提升。特高頻檢測(cè)法采用的是時(shí)差定位法，借助這種時(shí)差定位法能夠?qū)IS局部電源檢測(cè)中的位置信息明確，這樣才能控制好整個(gè)檢測(cè)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(diǎn)處理好，這樣才能滿足整體的放電檢測(cè)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(yùn)行對(duì)于提高電網(wǎng)供電可靠性意義重大。而局部放電檢測(cè)作為GIS在安裝完畢及正常運(yùn)行中的必試項(xiàng)目，因此，加強(qiáng)對(duì)GIS局部放電的監(jiān)測(cè)，是有效發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備產(chǎn)生的各種缺陷并及時(shí)加以排除的重要舉措。

參考文獻(xiàn)

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