GIS中典型絕緣缺陷模擬及局部放電信號特征分析

王康寧，王天正，閆 杰，金 虎

（1、山西省電力公司電力科學研究院，山西太原，030001；2、華北電力大學河北省輸變電設備安全防御重點實驗室，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、可靠性高等的優良性能在電力系統中的使用日益廣泛，然而，GIS內部會出現由于絕緣缺陷引起的局部放電（partial discharge，PD），PD長時間發展會導致GIS絕緣損害，對PD進行檢測顯得尤為重要。文章通過在GIS實驗腔體中設置典型的絕緣缺陷，采用脈沖電流法和超聲波檢測法對其局部放電信號進行了檢測，得到了典型的信號特征，對GIS局部放電的進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

高壓導體金屬尖刺，采用直徑2mm鋁絲模擬高壓導體金屬尖刺放電，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，距離高壓導體2cm。

2 放電信號分析

1） 高壓導體金屬尖刺

圖2 實驗信號Fig.2 The experiment signals

從上面的圖中可以看出，放電首先發生在正半波峰值附近的下降沿，隨著電壓的升高，在負半波的峰值處開始放電，進一步升高電壓，正半波峰值處開始放電，出現兩個波峰，放電正負半波不對稱，負半波放電較小。同時放電量在幾百pC范圍內，且放電較為密集，成簇狀。放電起始電壓為40kV，擊穿電壓為110kV。

當放電量為400pC時，對應的超聲波信號幅值為20mV，超聲波信號與50Hz或者100Hz具有相關性，且正負半波幅值相差不大，超聲波信號能量集中在低頻段，以30kHz傳感器為例，信號集中在15和20kHz附近，且隨著放電量的增加，頻譜特性沒有明顯的變化。

2） 絕緣子表面金屬顆粒

圖3 實驗信號Fig.3 The experiment signal

放電脈沖清晰，脈沖的幅值、相位、脈沖之間的時間間隔、放電次數穩定、規律。放電的相位在工頻電壓的上升沿，且正負半周幅值接近，隨著電壓的升高，放電次數增加，但是放電幅值變化不大。

當放電量為600pC時，對應的超聲波信號幅值約為100mV，超聲波信號與100Hz具有相關性，且負半周幅值大于正半周。

3） 外殼金屬尖刺

圖4 實驗信號Fig.4 The experiment signal

放電量較小，放電脈沖比較密集，放電首先發生在正半周，但是隨著電壓的升高直至擊穿，負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，放電次數增加，放電幅值增大。

當放電量為100pC時，對應的超聲波信號幅值約為5mV，對應的超聲波信號較小，超聲波信號與50Hz具有相關性，放電集中在正半周峰值處。

3 結論

通過模擬了高壓導體尖刺、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法對其產生的局部放電信號進行了檢測，得到了相應的信號特性，對現場應用起到了一定的指導意義。

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