2024GIS固体绝缘不同类型气隙缺陷的放电特征

GIS固体绝缘不同类型气隙缺陷的放电特征0 引言2070(gasinsulatedswitchgear，GIS）由于可靠性高和占地面积小等优点，在电力系统中得到了广泛的应用[1-2]GIS中的绝缘子大多采用环氧树脂浇注

GIS然而目前现场测量的很多图谱与现有的典型气隙模型的图谱特征不具有相关性，无法进行有效的诊断，甚至将其作为干扰信号而忽略，这对现场设备的安全来说是巨大的隐患。调研发现，不同的成因可能导致固体绝缘内部气隙缺陷的类型有所差隙缺陷[9]。国内外学者不同气隙缺陷的放电特征进行了0GJ3种不同形3种缺陷的局3种气隙缺陷的击穿风险进行评估，研3种缺陷的局部放电情况以及击穿风险均存GIS绝缘中的危害最严重，而分层和内部气泡的击穿风险较低[11-15]；胡芳GIS用有限元分析的方法对缺陷处电场分布进行了分GIS缺陷[16]GIS局部放电故障检测33种多气隙缺陷模型，基据，为现场模式识别工作提供依据。实验平台与实验模型实验平台气隙缺陷局部放电试验平台主要包括试验加压装置、试验腔体、气隙缺陷模型、局部放电检测装置以及数据采集及分析系统，如图1所示。为用于高压10/120kV工频高压试验变压器，其电源容10120kV的电压；Zp为保护电阻，用来保护变压器，当试品击穿时，用来减GISGIS腔体的接地线连接到同一个接地点。126kVGIS进行试验，0.4MPaSF6气体，缺陷模型放置在腔体前部，模型上端用一根金属短导杆将其与高压导杆连接到一起，下端与腔体外壳紧密接触，保证导电良好。实验中测得的局部放电数据主要采用局部放300MHz~2GHz频段内的>102.5μs左右，系统装置实时采样频率为100MHz，单次放电脉冲时间戳的分辨精度为10ns图1试验回路示意图Fig.1Schematicdiagramoftestcircuit理，之后上传到上位机进行软件处理便可展示放电图谱，同时保存数据，以便后续进行数据分析。实验模型单个气隙缺陷的模拟3种不同形状单个气隙缺陷模型来模拟绝缘子和高压导杆交界位置的单个气隙缺陷，分别用圆锥形气隙缺陷来模拟裂缝缺陷，用半椭球形气隙缺陷来模拟分层缺陷，用圆柱形气隙来模拟2(a)、的放电，并且为了避免气压对气隙放电的影响，3种单气隙模型在相同气压下浇注成型，最终的气隙2(d)GIS盆式绝缘子尺寸相差较大，但两者内部气隙缺陷产生局部放电的机理是一致的，放电特性也是等效的。多气泡缺陷的模拟当前环氧树脂浇注绝缘产品通常采用真空浇为了获得包含不同大小和不同数量气泡的气101.325kPa(标准P0)、60.795kPa(0.6P0)20.265kPa0.2P0)332所1所示。总体来12多气12<多气泡3。实验方法5min，级加压试验，试验测得试验腔体在外施电压小于

图23种不同形状的气隙缺陷模型Fig.2Threekindsofsinglevoiddefectmodelswithdifferentshapes表1多气泡模型的浇注情况Table1Multi-voiddefects模型浇注气压/kPa气泡直径/μm多气泡120.26525多气泡260.79533多气泡3101.3255095kV时，腔体内部无放电信号。5组，记录每个模型的放电起始电压与击单气隙缺陷放电特性分析基于特高频检测方法，对3种单个气隙缺陷在13.5kV括相位分辩的局部放电(phaseresolvedpartialdis-chargePRPD)N-φVave-φN-V图N-ΔtΔtΔuΔu/Δt图谱[17-18]。N表示放电次数；φ表示放电相位；V表示气隙放电幅值；Vave表示放电幅值均值；Δt表示前后Δti=ti–ti−1，tii表示的是前后Δui=ui–ui−1，uii个局部放电脉冲的幅值，V。圆锥形气隙放电特性试验中采用特高频设备采集13.5kV3为经处理后展示出的圆锥形气隙放电的典型特高频图谱。PRPDN-φ图谱从相位上看，放电脉冲主要集中在180°~270°，且200°Vave-φ图谱可以发现，圆锥形270°附近放电的幅值最高。N-V0.5~4V，上层“蝶翼”幅值主要分布在4~6VV来作为放电幅值单位，40dB时得到的。从Δt图谱上看，Δt主要分布在以(0，0)，(0，为顶点的三角区域内，且主要集中在以(0，0)N-Δt图谱可以发现，圆锥形气隙前后两个脉冲之间的时间间隔主要为0.020.040.062个工频周30.02s的放电脉冲重复率最高。Δu图谱上看，Δu以图谱–45°对角线为对称t图谱上看，Δu/Δt角形分布。圆柱形气隙4为经处理后展示出的圆柱形气隙放电的典PRPD图谱上看，圆柱形气升沿处以及整个负半周，即其相位主要分布在0°~90°180°~360°N-φ图谱270°Vave-φ图谱看，可以90°270°附近，放电幅值最高。

N-V5~7V范围内。从Δt主要分布在附近区域，且集中分布在以和组成的N-Δt0.010.020.04s处集中分布，即前后两次放电大多间隔半个工频周期、12个工频周期，可以看出放电的重复性是以工频周期的倍数为基础的。从uu5以Δu/Δt以椭球形气隙5图谱上看，椭球形气隙放电主要分布在工频270°层拱门”状分布，轴(270°)左侧点数多于轴右侧点N-φ180°~360°225°附近放电Vave-φ图谱可以发现，椭球形气隙270°270°为轴近似对称分布。由于放电图谱呈双层分布，N-V图谱同样呈现0.5~5V，74V6V处达到峰值。从Δt图谱上看，Δt主要分布在以(0，0)，(0，为顶点的三角区域内，且主要集中在N-Δt气隙前后两个放电脉冲之间的时间间隔主要为0.020.040.0612个工频周30.02s的放电脉冲的数量远远高于其他区域。从uu5以(0，0)为中心呈倾斜的“等边三角形”分布，从Δu/Δt图谱上看，Δu/Δt分布较为集中，主要在(0，0)附近，呈“子弹”状分布。放电幅值、放电次数等的分布特征上。圆柱形气隙0°~90°180°~360°附近，在正半图3圆锥形气隙放电特高频典型图谱Fig.3TypicalUHFspectraofPDofconicalvoiddefect周呈“翼”状，负半周呈“拱桥”状，放电幅值主71180°~270°，且呈“双层蝶翼”状，下层放电重复率较高，其形0.5~6180°~360°270°为轴，呈不0.5~7V，

前后两次放电之间的时间间隔约为一个工频周期。多气隙缺陷放电特性分析基于特高频检测方法，对3种多个气泡的气隙缺陷在50kV进行加压实验，并分析其放电特性。20.265kPa浇注气压下的气隙缺陷图6图4圆柱形气隙放电的特高频典型图谱Fig.4TypicalUHFspectraofPDofcylindricalvoiddefectPRPD图谱上看可以发现，放电分布在工频周期正负半周，且分布相对比较对称，且在正负周期上升沿处呈现出分层簇N-φ0~135°180~315°25°205°附Vave-φ图谱180~270°放电脉冲的幅值最高，

PRPD和N-V1~2V2~7V上表现为幅值较大的分层簇状。从Δt50kV电压等Δt1/10Δt1/5个工频周期。图5椭球形气隙放电的特高频典型图谱Fig.5TypicalUHFspectraofPDofellipsoidalvoiddefectΔu图谱上看，多数点集中分布，呈现出一Y”字分布，其余点分布“YΔu/Δt图谱上看，Δu/Δt分布较为集中，主要在(0，0)附近，呈“十”字分布，放电点主要集中在中心处，少数点在“十”字延长线上分布。60.795kPa浇注气压下的气隙缺陷图7为环氧浇注气压为60.795kPa的特高频典

PRPD图谱上20.265kPa下的缺陷样品相似，在工频电压下，放电脉冲在正负半周上升N-φ图谱可以发现，0~135°180~315°，其中25°和200°附近放电最为集中，且负半周内放电脉Vave-φ图谱可以发现，0°~90°180°附近放电脉冲的幅值最高，且正半周图620.265kPa浇注气压下的气隙缺陷的放电特征Fig.6TypicalUHFspectraofPDofmulti-voiddefectsof20.265kPa内放电平均幅值显著高于负半周。PRPDN-V0.5~1.51.5~5电脉冲在从Δt50kV电压等1/20

0.003~0.0041/6~1/5个工频周期。Δu20.265kPa下的Δu为中(0，0)附近的点数更多。Δu/Δt图谱同样在(0，0)附近，呈“十”字分布。101.325kPa浇注气压下的气隙缺陷图8为环氧浇注气压为101.325kPa的特高频图760.795kPa浇注气压下的气隙缺陷的放电特征Fig.7TypicalUHFspectraofPDofmulti-voiddefectsof60.795kPa寸也最大。8(a)PRPD50kVkPa浇注气压下的气隙缺陷在正负N-φ图谱可以发现，放电脉冲的相位主要为0°~135和

180°~315°65°200°附近放电重复率最高。Vave-φ图谱可以发现，0~45°180~200°放电幅值最高。PRPDN-V0.5~22~7V，该类放电脉冲在PRPD图谱上呈现为幅值较大的单支簇状。图8101.325kPa浇注气压下的气隙缺陷的放电特征Fig.8TypicalUHFspectraofPDofmulti-voiddefectsof101.325kPa从Δt50kV电压等的Δt1/4Δt1/8个工频周期。从ΔuΔu图谱附近的Δu/Δt同样以

(0，0)为中心呈“十”字分布，但较前两种缺陷来说，中心处的点数也最多。在多个气泡缺陷的放电主要分布在0°~135和180