氣體絕緣組合電器（GIS）典型絕緣缺陷的局部放電模型研究

李德 郭海

摘? 要：GIS簡稱氣體絕緣組合電器設備，此設備具有較強特性，并且占地面積相對較小，能夠有效保證特高壓電網的穩定運行，因此，GIS配電裝置一經推出便被廣泛應用至特高壓電網運行過程中。但就國內外GIS維護現狀分析，影響GIS設備穩定運行的主要原因即為絕緣故障。在GIS出現絕緣故障期間，電網將出現局部放電現象，此現象不但影響GIS運行，還對電網安全性造成影響。該文即針對氣體絕緣組合電氣進行分析，并以實驗形式探究GIS設備典型劇院缺陷模型。以解決GIS設備出現局部放電現象。

關鍵詞：氣體絕緣組合電器? 絕緣缺陷? 局部放電? 模型

中圖分類號：TM855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（c）-0036-02

1? 電特性實驗

1.1 電壓電流波形測試

該實驗將鎢鋼作為主要材料進行尖刺缺陷放電實驗，為保證模型整體安全性及可靠性，相關人員需及時對電壓電流波形進行檢測，保證模型能夠符合實驗標準，而后研究模型的放電特性。實驗過程中，需及時對尖刺模型進行測試，觀察其電壓電流波形在處于空氣以及SF6狀態下的變化，相關人員需在實驗開始后，記錄放電電流波形，在保證放電擊穿環節結束后，方可完成記錄工作。尖刺放電不論在SF6氣體還是在空氣中，皆具有以下特質：首先，立足于放電電壓電流分析，尖刺電流在不同電壓環境下，電流分布也將出現改變，但變化方式主要圍繞一簇以及二蔟。在尖刺放電電流處于一簇狀態下則表示，電壓持續處于負半軸峰值。而若電壓出現升高趨勢且處于正負峰值狀態下，尖刺電流將會呈現兩簇放電形態。但就幅值分布狀態分析，處于負半峰值狀態下的尖刺放電較為密集并且電流相對較小，而處于半周峰值狀態下電流雖稀松但相對較大。一般情況下，電壓處于負半周狀態下，尖刺放電出現，而尖刺放電將隨著電流幅值而產生變化。

1.2 電壓局放量測試

在進行放電模型測試過程中，應及時制定曲線圖，以觀察GIS設備的局放量電壓變化。測試開始過程中，相關人員可將電壓起點作為測局放量，并對電壓進行測試，保證測試次數能夠達到3次以上，測試時間應在1min左右，另外，相關人員還需及時對1min內的局放量值進行記錄，保證數據準確性。在電力處于升壓狀態時應對其采取同樣方法進行數據記錄，從而根據數據進行模型檢測。

2? 放電的發射光譜測量實驗

2.1 實驗原理及方法

金屬尖刺若處于一定強度電場下，其出現局部放電現象幾率也將增加，局部放電將引起等離子區域出現，而區域內部存在大量粒子，隨著粒子的不斷碰撞，粒子間能量將逐漸交換，而部分粒子在此過程中將會被激發，粒子不斷激發從而出現能級躍遷現象，由此產生大量光子。以上帶有元素的信息光子主要通過光譜儀進入光纖范圍，通過光譜儀對內部光柵的處理，能夠明確光譜的長度及大小。光譜在信號傳輸過程中主要通過CCD元件，而后利用計算機對光信號進行處理，光譜所呈現的強度值也將隨著發射頻率而產生變化。光譜儀以及光纖屬于非電接觸式測量，而利用二者進行放電光信號測試，將一定程度上提高實驗裝置整體抗干擾性。

2.2 空氣中放電發射光譜測量

2.2.1 電暈放電發射光譜

在實驗開展過程中，為保證實驗準確性，可準備四種不同金屬針作為實驗材料，其一為鐵針，其二為鎢針，其三為銅針，其四為鋁針。在材料準備過程中，應保證四種材料尺寸存在一致性。實驗過程中應利用光譜儀對放電信號進行檢測，并針對電壓進行記錄，將記錄數值作為電壓起始值，而后將電壓擊穿現象作為結束點，每10s頻率記錄一次電壓值。四種金屬材料在空氣下所出現的尖刺放電現象一般300～450mm左右。為實現對發射光譜譜線成分的深入研究，應針對四種材料的尖刺缺陷進行分析，并對其產生的光譜數據進行采集，從而選擇出最為優質的波長段，以保證波長段滿足強度標準。由表1可看出，四種尖刺放電發射光譜譜線主要為325.14m、345.89m、368.21m、387.37m。

2.2.2 火花放電發射光譜

在進行放電發射光譜測量實驗過程中，可按照電暈放電發射光譜實驗進行。一般情況下，四種金屬材料在空氣中檢測電壓值為7.00kV，并且電壓強度相對較高，但光強相對較低。若通過光譜儀對電機火花進行統計可總結出最為明顯的譜線。

2.3 SF6氣體中放電發射光譜測量

實驗過程中，相關人員可利用SF6進行缺陷模型檢測實驗，實驗開展過程中依然采用鋁針、鐵針、鎢針以及銅針作為金屬針，在實驗開始過程中，應保證四種金屬針材料的尖端曲率半徑存在一致性。另外，在實驗開展過程中，相關人員需及時對放電光信號進行檢測，此期間主要應用光譜儀設備進行。在SF6氣體中的尖刺電源不具備較強的放電強度。就采集以及火花放電過程可知，材料分布主要集中于600～800nm段，具有較高強度。而在200～300nm段并無任何光譜線，導致此現象的主要原因即放電裝置為密封罐體，并且材料為玻璃，因此，電暈放電需透穿玻璃才能產生光源，直至光譜儀內部。一般情況下，玻璃能夠將350nm入射光進行過濾，而若入射光能夠達到350～1100nm段，那么玻強度將不會受到任何影響。

3? 結語

隨著電力企業的發展，人們開始提高對于特高壓電網的關注度，而電力企業為滿足人們用電需求，亦開始加大建設特高壓電網。GIS為特高壓電網內部主要設備之一，其能夠有效保證特高壓電網的穩定運行。但GIS設備較易出現絕緣缺陷的局部放電現象，為使此現象得到有效解決，相關人員可通過尖刺缺陷實驗模型開展電特性實驗，并通過實驗對放電重復性及穩定性進行探究。分析GIS設備的運行特點，研究發射光譜與高頻信號的關系，同時，針對實驗過程中存在問題進行解決，從而保證GIS設備的穩定性，進而促進特高壓電網的持續發展。

參考文獻

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