GIS的局部放电分析

一、GIS的局部放电特点

GIS(Gas Insulated Switchgear)是封闭式气体绝缘组合电器的简称。其绝缘系统的特点是在一个金属封闭体内充满SF6气体，用环氧浇注的绝缘子，把载流导体支撑在外壳上。由于GIS内工作场强很高，就可能产生下述几种局部放电。

(1)载流导体表面缺陷，如有毛刺、尖角、设计不合理、导体表面的电场强度过高等，均会引起的局部放电。由于导体周围全是气体所包围，所以这种局部放电又可称为电晕。

(2)绝缘体与导体的交界面上存在气隙，这种气隙可能是在产品制造时残留的，也可能是在使用中热胀冷缩形成的。气隙中分配的场强高，而气隙本身的击穿场强又低，于是在气隙中首先产生放电。

(3)浇注绝缘体中的缺陷，如气泡、裂纹等所产生的局部放电。

(4)在SF6中导电微粒在强电场下产生的局部放电。

图10—1为上述几种放电的示意图。对于上述几种放电，用电测法测量时，在示波器50Hz.扫描椭圆时基上，可以看到不同的放电图形，如图10—2所示。图10—2a是导体表面有缺陷的放电，这种放电都出现在试验电压(工频交流)负半周峰值(3π/2)附近。放电脉冲幅值和间隔几乎相等;图10—2b是绝缘体内部的局部放电图，放电是出现在电压绝对值上升的相位中，正负半周都有，而且基本相同;图10—2c是导体与绝缘体界面的放电图，它与图10—2b基本相同，只是电压的正负半周放电图形不对称;图10—2d是SF6中导电粒子造成的放电，它与电压的相位无关，是随机地跳跃出现在不同的相位上，而且幅值比较大，放电次数不多。

上述各种局部放电，都可能导致整个GIS损坏。在绝缘体中的局部放电会腐蚀绝缘材料，会发展成电树枝，最后导致绝缘击穿，表10—1表示这一破坏过程。

初期老化局部放电量明显变化，并增大

气泡壁附着放电生成物，材料炭化

中期老化放电生成物侵蚀、扩大

形成空洞，并向深层发展

末期老化树枝状破坏性放电通道形成

绝缘最终破坏

在SF6中的局部放电和绝缘体表面的局部放电，都会生成或分解出一些新的生成物，如在填充剂中有硅元素存在时，可能生成有导电性的SiF4，这就会污染SF6，从而降低其击穿场强，最终造成击穿或闪络。

为了保证GIS的产品质量和安全运行，必须进行局部放电的测量，我国(GB7674—87)《SF6封闭式组合电器》国家标准中规定，要在

和1.1Um(Um为试品的额定工作电压)进行局部放电的测量，目前尚未能在标准中做出规定，允许局部放电的水平，而是由制造厂可能达到的水平与用户商定。为了控制产品质量，在生产过程中要对绝缘子单独预先进行局部放电的测量，对110kV绝缘子的放电量，国内工厂一般控制在不超过10pC，引进绝缘子的放电量不超过lpC。

二、电测法测量GIS的局部放电

目前GIS中局部放电的测量，主要是用电测法。在实验室内进行测量时，一般都采用并联直测法的试验线路，如图10—3所示。在现场测量中，如果从高压端来的干扰比较严重，可用平衡法测试回路，这时，对于三相的GIS，可取其中两相同时进行测量，以抑制外来的干扰。

测试方法按GB7354—87《局部放电测量》国家标准有关规定。测量的灵敏度要求比较高，可测最小放电量应不大于1pC。图10—4是浇注环氧树脂内部人工气隙放电产生的脉冲电压波形。随着环氧树脂中增添填充剂和人工气隙尺寸的增大，这种放电脉冲上升和下降都变得比较缓慢，但上升时间还是在ns数量级。GIS中其他形式的放电，如电晕、杂质粒子的放电，高频分量就更多。为了抑制外界的干扰(上百MHz的干扰是很少的)，提高信噪比，取超高频宽带测试系统是比较合适的。

在GIS中，局部放电发生在绝缘.子内的几率很大，因此在生产过程中要先预测绝缘子的局部放电。图10—5是用于测量绝缘子局部放电的线路与装置。试品、耦合电容器、高压试验变压器等高压部件都装在充满SF6的罐子中。试品可同时装进5～10个这样的罐子中，通过测量切换装置，可以分别测量单个试品的局部放电。局部放电测试仪的频带为40～2000kHz。补偿电抗器是用以补偿容性负载以减小设备的容量。LC滤波器是为了滤掉从电源来的高频分量的干扰。在此装置中，各试品的高压端是连接在一起的，高压端对地及对切换装置的接头都有杂散电容，因此，在被试绝缘子邻近的绝缘子中的放电信号，也会进入测试仪器，不过这些杂散电容比耦合电容要小得多，这种影响只有在邻近绝缘子有很强烈的放电时，才应予以校正。

为了能识别在GIS中不同类型的放电和确定放电的位置，近年来国内外正在研制各种计算机辅助的局部放电检测系统，这个系统的硬件能采集到每个局部放电产生脉冲的大小、各次放电时试验电压的相位及瞬时值、试验电压的峰值、从开始到结束的测量时间(用工频周期数表示)，并通过A/D转换，变为数字量进人计算机。这种系统的软件功能是对采集的数据进行统计计算和分析，识别是何种放电以及可能的放电位置。识别的方法是先在GIS中人工造成不同位置上、不同类型的放电，测得这些放电的放电电荷、放电能量、放电相位、两次放电间的时间间隔等参数的统计量及其分布，以此模式与实际试验中测得的这些统计量和分布进行比较，从而得出放电的类型及可能的放电位置。