高壓GIS局部放電的預防

楊旭

摘要：隨著我國的經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，GIS設備具有結構緊湊、可行性高、易維護等優點，在電網中得到廣泛應用，由于其結構復雜、絕緣零件使用較多且存在老化現象，在其生產、安裝過程中內部不可避免地存在絕緣隱患，局部放電是GIS設備發生絕緣故障的先兆和表現形式，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，因此必須給予嚴重關注，以提高電網運行的可靠性。

關鍵詞：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備在高電壓的作用下，其內部絕緣發生的放電。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，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，而且是從局部區域開始的，它會降低絕緣壽命，影響設備安全運行，對高壓設備來說是一種隱患，因此局部放電越來越受到高壓電工產品使用單位的重視。為防止局部放電的發生，首先要了解它產生的原因及其嚴重的危害性，使制造單位對高壓電工產品進行合理的結構設計，精心施工，提高材料純凈度，嚴格處理各個環節的質量。運行單位應加強高壓設備的維護、監測等工作。以便有效地防止高壓設備局部放電的發生。

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致絕緣介質中局部放電或擊穿，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形式，與絕緣材料的劣化和擊穿密切相關。因此，局部放電測量有助于探測現場試驗期間的某類故障，也有助于確定經過一段時間運行后設備是否需要維護。局部放電測試以局部放電所產生的電信號作為需要采集的信號源，并通過數學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據庫，我們就可以初步判定產生局部放電的原因、類型。根據局部放電的過程中可能會產生的超聲波、電脈沖、電磁輻射、光以及化學生成物，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用。超聲波局部放電檢測法技術相對比較成熟，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中傳播的速率不一樣，在不同介質的邊界會發生折射和衍射，如果發生的局部放電較為復雜，那么超聲波耦合器采集到的聲波信號模式就變得相當復雜。此外，超聲波傳感器監測有效范圍較小，對大型設備需要裝設很多傳感器，現場應用很不方便。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內部信號，既能避開一般的電磁干擾，又能準確測量GIS內部的放電信號，因此該方法在現場得到廣泛的應用。

2設備運行后GIS局部放電產生的原因及預防措施

2.1水分含量的影響

GIS設備在投入運行時，水分含量均控制在國家標準要求之內，運行狀態下，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筒體內部SF6氣體的壓力比外界高，但外界的水分壓力比內部高。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部SF6氣室中。排除設備生產廠家的原因，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氣體是一種化學性質十分穩定、不易分解的無色、無味、不可燃的氣體，但在GIS內部出現局部放電（PartialDischarge，簡稱PD）時，SF6會發生不同程度的分解，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，使得這種分解-復合平衡被打破，同時生成更多更復雜的組分，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，對GIS設備內部固件有腐蝕作用，嚴重時會損壞設備內部固體絕緣，從而降低了設備的整體絕緣性能，對設備的安全穩定運行造成威脅。另外，SF6氣體中的微水通常以水蒸氣的形式存在，當溫度降低時，可能在設備內部結露，與內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設備運行中，要定期對SF6氣室水分含量進行監督和處理。

2.2環境良好

產品在裝配過程中，如果生產環境潔凈度不好，降塵量較大，使器身及油箱中附著許多雜質顆粒，產品注油后，這些雜質就會溶入油中，并對強電場周圍造成威脅。所以，對重點產品，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量達不到標準要求的原因。另外，電極不光滑出現小尖角或者絕緣有缺陷，都會使油中出現極不均勻電場，若高場強大于局部許用場強時，局部放電就發生了。高壓引線出頭屏蔽包扎易出現的問題：①金屬化皺紋紙沒有拉緊，包扎時出現折疊，使屏蔽紙（電極）出現小尖角，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，絕緣紙出現折疊，折疊處形成小油隙，成為絕緣缺陷。應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局部放電檢測技術應用中較為常用的一種技術，在應用過程中需要注意的是對整個技術應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作為檢測技術實施基礎，也就是將兩種檢測技術結合，保障在技術結合中，能夠實現其整個技術檢測的科學性提升。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將GIS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應用的傳播控制，保障在控制傳播中能夠將整體的系統傳播控制要點處理好，這樣才能滿足整體的放電檢測需求。

結語

總之，GIS設備是電力系統的關鍵設備，保證其安全可靠運行對于提高電網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局部放電的監測，是有效發現GIS設備產生的各種缺陷并及時加以排除的重要舉措。

參考文獻

[1]西安高壓電器研究所，中國電力科學研究院高壓開關研究所，西安西開高壓電氣股份有限公司，等.GB7674—2008額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備[S].北京：中國標準出版社，2008.

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