GIS絕緣缺陷類型

引發(fā)GIS的故障缺陷類型分布如圖所示?？梢姽收现薪佑|不良、自由金屬微粒、絕緣子上發(fā)生的故障占了大多數(shù)。

                 GIS內(nèi)部不同缺陷類型引發(fā)的故障率

局部放電的發(fā)生和發(fā)展是導(dǎo)致GIS故障的主因，而局部放電與局部電場發(fā)生畸變有不可忽視的關(guān)系。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，可能導(dǎo)致GIS電場畸變的主要絕緣缺陷主要包括：針狀突起物、自由金屬微粒、懸浮電極、固體絕緣氣隙等，各種絕緣缺陷在GIS內(nèi)部的示意圖如圖所示。

                      GIS內(nèi)部的絕緣缺陷

1.1 針狀突起物

在制造、安裝及操作GIS的過程中，可能會(huì)在高壓導(dǎo)體或金屬外殼上留下比較尖銳的針狀突起物。當(dāng)設(shè)備兩端加上穩(wěn)態(tài)交流電壓時(shí)，針狀突起物的存在會(huì)改變場強(qiáng)分布，其周圍會(huì)形成高場強(qiáng)區(qū)，若場強(qiáng)繼續(xù)增高并達(dá)到SF6氣體的擊穿場強(qiáng)時(shí)，穩(wěn)定的電暈放電就會(huì)發(fā)生，這將有利于間隙中的電場分布的改善，使電場分布變得更加均勻，故此時(shí)不易導(dǎo)致電極間的貫穿性擊穿。但是在快速電壓如沖擊、快速暫態(tài)過電壓(VETO)下，電場強(qiáng)度和電壓變化梯度都很大，針狀突起物則很容易引發(fā)GIS的局部擊穿，造成絕緣故障。因此，若能在放電初期就對此類針狀突起物進(jìn)行檢測，對預(yù)防絕緣擊穿具有重要的意義。針狀突起物有的位于GIS外殼內(nèi)壁上，有的則出現(xiàn)在GIS內(nèi)部的高壓導(dǎo)體上，由于外殼與高壓導(dǎo)體的曲率半徑不同，前者的曲率半徑大于后者的曲率半徑，而場強(qiáng)與曲率半徑成反比，故高壓導(dǎo)體周圍的電場強(qiáng)度相對較高，出現(xiàn)在該位置的針狀突起物更容易引發(fā)局部放電。

1.2 自由金屬微粒

自由金屬微粒是GIS中最普遍的絕緣缺陷，同時(shí)也是引發(fā)GIS絕緣故障的主要原因之一。可能造成此缺陷的原因一般是由于GIS制造或裝配過程中的清洗不到位，或者機(jī)械裝置動(dòng)作時(shí)金屬摩擦產(chǎn)生的金屬粉末。金屬微粒具有積累電荷的能力，在外加電場時(shí)可以獲得感應(yīng)電荷并積累一定能量，在交流電壓場的影響下可發(fā)生振動(dòng)或改變位置。微粒運(yùn)動(dòng)與放電的可能性是隨機(jī)的，它們的運(yùn)動(dòng)程度除了與其材料和形狀有關(guān)，還會(huì)受到外加電場強(qiáng)度和作用時(shí)間的影響。當(dāng)電場強(qiáng)到一定程度，使得自由金屬微粒獲得足夠大的動(dòng)能，微粒就有可能會(huì)在其作用下越過GIS外殼和高壓導(dǎo)體之間的間隙。當(dāng)微粒接近但尚未接觸到高壓導(dǎo)體時(shí)，更有可能發(fā)生局部放電現(xiàn)象。與導(dǎo)體上固定物的微粒相比，處于這種狀態(tài)下的微粒導(dǎo)致局部放電的可能性要高10倍左右。除此以外，若自由金屬微粒運(yùn)動(dòng)到絕緣子上并附著于其表面時(shí)，將可能導(dǎo)致絕緣子沿面閃絡(luò)并造成擊穿。

在實(shí)際的生產(chǎn)和運(yùn)行中微粒總是難以避免的，但是良好的設(shè)計(jì)和制造工藝可以降低自由金屬微粒產(chǎn)生的可能性，另外，GIS的組裝也是微粒產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，需要多加注意避免產(chǎn)生微粒。

1.3 懸浮電極

GIS內(nèi)部安裝著很多屏蔽電極，用于改善危險(xiǎn)部分的電場強(qiáng)度，與空氣絕緣中的均壓環(huán)作用相同。在正常狀態(tài)下，屏蔽電極通過輕負(fù)載與高壓導(dǎo)體或接地導(dǎo)體相連。一般來說，由于只會(huì)有很小的容性電流通過這些連接部分，對它們的制造要求并不是那么的嚴(yán)格。但GIS運(yùn)行一段時(shí)間以后，一些在安裝初期接觸的很好的連接部分，可能會(huì)由于開關(guān)操作引起的機(jī)械振動(dòng)或老化而與其他部分之間出現(xiàn)接觸不良的問題，形成懸浮電極。而機(jī)械上的不良接觸又會(huì)引發(fā)因靜電力引起的機(jī)械振動(dòng)，使接觸不良的問題更加嚴(yán)重。

這類缺陷所形成的等效電容在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的局部放電信號（典型的是在>1000pC），易于檢測。同時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射和超聲波，分解出腐蝕性物質(zhì)和微粒，使臨近的絕緣表面受到污染，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

1.4 固體絕緣氣隙

固體絕緣氣隙缺陷一般都在在制造過程中形成，但是由于很小所以很難被檢測到。制造時(shí)不小心留下的內(nèi)部空隙、環(huán)氧樹脂材料在固化過程中熱收縮導(dǎo)致出現(xiàn)的內(nèi)部空隙都是造成固體絕緣氣隙缺陷的原因。此外由于環(huán)氧樹脂材料與電極具有不同的熱膨脹系數(shù)，也有可能會(huì)導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生。在電場強(qiáng)度很高時(shí)，氣隙會(huì)引發(fā)三種不同的局部放電現(xiàn)象：沿氣隙壁的表面放電、沿氣隙上下底面的沿面放電和貫穿氣隙的氣體放電。

1.5 其他因素的影響

除了上述情況外，一些其他的因素也有可能會(huì)給GIS帶來絕緣缺陷問題。如在GIS的運(yùn)輸過程中可能會(huì)發(fā)生振動(dòng)和組件間的碰撞，元件容易發(fā)生變形或損傷。在交接試驗(yàn)時(shí)，有些影響絕緣介質(zhì)性能的裝配錯(cuò)誤有時(shí)會(huì)被漏檢，這種情況可能不會(huì)立刻引起絕緣故障，但可能會(huì)給以后的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的問題。除此之外，濕度也有可能會(huì)導(dǎo)致絕緣問題。由于SF6不可避免的會(huì)含有少量微水，微水會(huì)在溫度降低時(shí)產(chǎn)生凝露，使其易與其它物質(zhì)混合在一起附在固體絕緣表面，絕緣表面的導(dǎo)電性會(huì)受到嚴(yán)重影響。這會(huì)嚴(yán)重降低SF6氣體的絕緣性能，必須嚴(yán)格控制濕度以避免此類問題的產(chǎn)生。

以上GIS的絕緣缺陷都可能會(huì)導(dǎo)致GIS中發(fā)生局部放電現(xiàn)象。絕緣體中的局部放電可能造成絕緣材料的腐蝕，進(jìn)一步發(fā)展成電樹枝，并最終導(dǎo)致絕緣擊穿。研究表明，不同絕緣缺陷所導(dǎo)致的局部放電信號的波形、頻譜等很多特性和參數(shù)都有較大的差異，所以可以通過對這些信號開展進(jìn)一步的研究分析，進(jìn)而對絕緣缺陷類型進(jìn)行識(shí)別。