GIS局部放電產生的原因
GIS中有可能出現的主要絕緣缺陷如圖所示,可以總結為以下幾個方面:
(1)固定缺陷。其中包括導體和外殼內表面上的金屬突起,以及固體絕緣表 面上的微粒。金屬突起通常是在制造不良和安裝損壞擦劃時造成的,導致毛刺且較尖。在穩定的工頻狀態下不引起擊穿,但在快速電壓如沖擊情況下很危險;
(2)GIS腔體內可以移動的自由金屬微粒。金屬微粒是最普遍的微粒,在制造、裝配和運行中均有可能產生,它有積累電荷的能力。在交流電壓場的影響下能夠移動,在很大程度上運動與放電的可能性是隨機的。當靠近高壓導體且并未接觸時,放電最可能發生,且放電可能性比同樣微粒但為固定物時高10倍左右;
(3)傳導部分接觸不良。例如靜電屏蔽和其它浮動部件。由松動或浮動部件產生的放電可能性很大,通常易于檢測,放電趨向于反復,其放電電荷在nC到gC 間轉變。
(4)絕緣子制造時造成的內部空隙和實驗閃絡引起的表面痕跡,還包括或是因電極的表面粗糙或是來自制造時嵌入的金屬微粒。此外因環氧樹脂與金屬電極的收縮系數不同,也會形成氣泡或空隙。這些GIS的絕緣缺陷類型極有可能會在GIS中產生局部放電,在絕緣體中的局部放電甚至會腐蝕絕緣材料,進一步發展成為樹枝,并最后導致絕緣擊穿。
一般來說,由于各種缺陷引發的局部放電具有以下特征: 在電場不均勻時,在導體周圍易于發生電暈放電,由于氣體中的分子是自由移動的,因此GIS設備中的電暈放電過程與空氣中的電暈放電相似,在施加電壓的正負峰值附近發生PD脈沖,隨電壓增加,PD脈沖加大,頻度增加。
GIS設備中絕緣子內部的氣隙放電在工頻正負半周內基本相同,即正負半周放電指紋基本對稱。放電脈沖一般出現在實驗電壓幅值絕對值的上升部分,放電頻率依賴與所加電壓大小,只有在放電強烈時,才會擴展到電壓絕對值下降部分的相位上,且每次放電的大小不相等。絕緣子缺陷在出廠時可能并不出現,但在運輸及安裝過程中有可能造成損傷。一些缺陷最初可能無害,只是在機械振動和靜電力作用下可能輕微移動,形成潛在的隱患。
絕緣子表面的缺陷(如污穢等)有助于電荷的增加,可能會形成表面放電, 導致絕緣子表面的絕緣劣化,甚至擊穿。其放電特征是:在電流最大相位過零時 發生小電荷的PD脈沖,隨著電壓上升有不規則的脈沖出現。
自由導電微粒和固體導體上金屬突起放電的相位分布有著明顯不同。這個特 征通常可以用來區分缺陷的類型。固體導體上金屬突起放電由于導電粒子不浮動, 其放電特征是:在施加電壓峰值附近發生大PD脈沖,隨電壓上升PD電平不變, 頻度增加。GIS設備中自由導電微粒有積累電荷能力,在交流電壓作用下,靜電力可使導電微粒在GIS筒內跳動,如直立旋轉、舞動運動等。
這種運動與放電的出現在很大程度上是隨機的,這一過程與所加電壓大小以及微粒的特性有關。如果一個跳動的微粒接近或運動至GIS設備的高場強區時,伴隨產生的局放有可能形 成通道,造成絕緣擊穿。其放電特征:在施加電壓峰值附近有較大PD的脈沖,并 發生散開,隨著電壓上升,頻度增加,電平無較大變化。相對而言,GIS設備內殘留的金屬碎屑或金屬顆粒產生的各種效應是最為嚴重的,因此,金屬顆粒的放電對GIS設備的危害相對較大。