2024GIS固體絕緣不同類型氣隙缺陷的放電特征

GIS固體絕緣不同類型氣隙缺陷的放電特征0 引言2070(gasinsulatedswitchgear，GIS）由于可靠性高和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]GIS中的絕緣子大多采用環(huán)氧樹脂澆注

GIS然而目前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的很多圖譜與現(xiàn)有的典型氣隙模型的圖譜特征不具有相關(guān)性，無法進(jìn)行有效的診斷，甚至將其作為干擾信號(hào)而忽略，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全來說是巨大的隱患。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不同的成因可能導(dǎo)致固體絕緣內(nèi)部氣隙缺陷的類型有所差隙缺陷[9]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者不同氣隙缺陷的放電特征進(jìn)行了0GJ3種不同形3種缺陷的局3種氣隙缺陷的擊穿風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，研3種缺陷的局部放電情況以及擊穿風(fēng)險(xiǎn)均存GIS絕緣中的危害最嚴(yán)重，而分層和內(nèi)部氣泡的擊穿風(fēng)險(xiǎn)較低[11-15]；胡芳GIS用有限元分析的方法對(duì)缺陷處電場(chǎng)分布進(jìn)行了分GIS缺陷[16]GIS局部放電故障檢測(cè)33種多氣隙缺陷模型，基據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)模式識(shí)別工作提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)平臺(tái)氣隙缺陷局部放電試驗(yàn)平臺(tái)主要包括試驗(yàn)加壓裝置、試驗(yàn)腔體、氣隙缺陷模型、局部放電檢測(cè)裝置以及數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，如圖1所示。為用于高壓10/120kV工頻高壓試驗(yàn)變壓器，其電源容10120kV的電壓；Zp為保護(hù)電阻，用來保護(hù)變壓器，當(dāng)試品擊穿時(shí)，用來減GISGIS腔體的接地線連接到同一個(gè)接地點(diǎn)。126kVGIS進(jìn)行試驗(yàn)，0.4MPaSF6氣體，缺陷模型放置在腔體前部，模型上端用一根金屬短導(dǎo)桿將其與高壓導(dǎo)桿連接到一起，下端與腔體外殼緊密接觸，保證導(dǎo)電良好。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的局部放電數(shù)據(jù)主要采用局部放300MHz~2GHz頻段內(nèi)的>102.5μs左右，系統(tǒng)裝置實(shí)時(shí)采樣頻率為100MHz，單次放電脈沖時(shí)間戳的分辨精度為10ns圖1試驗(yàn)回路示意圖Fig.1Schematicdiagramoftestcircuit理，之后上傳到上位機(jī)進(jìn)行軟件處理便可展示放電圖譜，同時(shí)保存數(shù)據(jù)，以便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛦蝹€(gè)氣隙缺陷的模擬3種不同形狀單個(gè)氣隙缺陷模型來模擬絕緣子和高壓導(dǎo)桿交界位置的單個(gè)氣隙缺陷，分別用圓錐形氣隙缺陷來模擬裂縫缺陷，用半橢球形氣隙缺陷來模擬分層缺陷，用圓柱形氣隙來模擬2(a)、的放電，并且為了避免氣壓對(duì)氣隙放電的影響，3種單氣隙模型在相同氣壓下澆注成型，最終的氣隙2(d)GIS盆式絕緣子尺寸相差較大，但兩者內(nèi)部氣隙缺陷產(chǎn)生局部放電的機(jī)理是一致的，放電特性也是等效的。多氣泡缺陷的模擬當(dāng)前環(huán)氧樹脂澆注絕緣產(chǎn)品通常采用真空澆為了獲得包含不同大小和不同數(shù)量氣泡的氣101.325kPa(標(biāo)準(zhǔn)P0)、60.795kPa(0.6P0)20.265kPa0.2P0)332所1所示?？傮w來12多氣12<多氣泡3。實(shí)驗(yàn)方法5min，級(jí)加壓試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)得試驗(yàn)腔體在外施電壓小于

圖23種不同形狀的氣隙缺陷模型Fig.2Threekindsofsinglevoiddefectmodelswithdifferentshapes表1多氣泡模型的澆注情況Table1Multi-voiddefects模型澆注氣壓/kPa氣泡直徑/μm多氣泡120.26525多氣泡260.79533多氣泡3101.3255095kV時(shí)，腔體內(nèi)部無放電信號(hào)。5組，記錄每個(gè)模型的放電起始電壓與擊單氣隙缺陷放電特性分析基于特高頻檢測(cè)方法，對(duì)3種單個(gè)氣隙缺陷在13.5kV括相位分辯的局部放電(phaseresolvedpartialdis-chargePRPD)N-φVave-φN-V圖N-ΔtΔtΔuΔu/Δt圖譜[17-18]。N表示放電次數(shù)；φ表示放電相位；V表示氣隙放電幅值；Vave表示放電幅值均值；Δt表示前后Δti=ti–ti?1，tii表示的是前后Δui=ui–ui?1，uii個(gè)局部放電脈沖的幅值，V。圓錐形氣隙放電特性試驗(yàn)中采用特高頻設(shè)備采集13.5kV3為經(jīng)處理后展示出的圓錐形氣隙放電的典型特高頻圖譜。PRPDN-φ?qǐng)D譜從相位上看，放電脈沖主要集中在180°~270°，且200°Vave-φ?qǐng)D譜可以發(fā)現(xiàn)，圓錐形270°附近放電的幅值最高。N-V0.5~4V，上層“蝶翼”幅值主要分布在4~6VV來作為放電幅值單位，40dB時(shí)得到的。從Δt圖譜上看，Δt主要分布在以(0，0)，(0，為頂點(diǎn)的三角區(qū)域內(nèi)，且主要集中在以(0，0)N-Δt圖譜可以發(fā)現(xiàn)，圓錐形氣隙前后兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔主要為0.020.040.062個(gè)工頻周30.02s的放電脈沖重復(fù)率最高。Δu圖譜上看，Δu以圖譜–45°對(duì)角線為對(duì)稱t圖譜上看，Δu/Δt角形分布。圓柱形氣隙4為經(jīng)處理后展示出的圓柱形氣隙放電的典PRPD圖譜上看，圓柱形氣升沿處以及整個(gè)負(fù)半周，即其相位主要分布在0°~90°180°~360°N-φ?qǐng)D譜270°Vave-φ?qǐng)D譜看，可以90°270°附近，放電幅值最高。

N-V5~7V范圍內(nèi)。從Δt主要分布在附近區(qū)域，且集中分布在以和組成的N-Δt0.010.020.04s處集中分布，即前后兩次放電大多間隔半個(gè)工頻周期、12個(gè)工頻周期，可以看出放電的重復(fù)性是以工頻周期的倍數(shù)為基礎(chǔ)的。從uu5以Δu/Δt以橢球形氣隙5圖譜上看，橢球形氣隙放電主要分布在工頻270°層拱門”狀分布，軸(270°)左側(cè)點(diǎn)數(shù)多于軸右側(cè)點(diǎn)N-φ180°~360°225°附近放電Vave-φ?qǐng)D譜可以發(fā)現(xiàn)，橢球形氣隙270°270°為軸近似對(duì)稱分布。由于放電圖譜呈雙層分布，N-V圖譜同樣呈現(xiàn)0.5~5V，74V6V處達(dá)到峰值。從Δt圖譜上看，Δt主要分布在以(0，0)，(0，為頂點(diǎn)的三角區(qū)域內(nèi)，且主要集中在N-Δt氣隙前后兩個(gè)放電脈沖之間的時(shí)間間隔主要為0.020.040.0612個(gè)工頻周30.02s的放電脈沖的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。從uu5以(0，0)為中心呈傾斜的“等邊三角形”分布，從Δu/Δt圖譜上看，Δu/Δt分布較為集中，主要在(0，0)附近，呈“子彈”狀分布。放電幅值、放電次數(shù)等的分布特征上。圓柱形氣隙0°~90°180°~360°附近，在正半圖3圓錐形氣隙放電特高頻典型圖譜Fig.3TypicalUHFspectraofPDofconicalvoiddefect周呈“翼”狀，負(fù)半周呈“拱橋”狀，放電幅值主71180°~270°，且呈“雙層蝶翼”狀，下層放電重復(fù)率較高，其形0.5~6180°~360°270°為軸，呈不0.5~7V，

前后兩次放電之間的時(shí)間間隔約為一個(gè)工頻周期。多氣隙缺陷放電特性分析基于特高頻檢測(cè)方法，對(duì)3種多個(gè)氣泡的氣隙缺陷在50kV進(jìn)行加壓實(shí)驗(yàn)，并分析其放電特性。20.265kPa澆注氣壓下的氣隙缺陷圖6圖4圓柱形氣隙放電的特高頻典型圖譜Fig.4TypicalUHFspectraofPDofcylindricalvoiddefectPRPD圖譜上看可以發(fā)現(xiàn)，放電分布在工頻周期正負(fù)半周，且分布相對(duì)比較對(duì)稱，且在正負(fù)周期上升沿處呈現(xiàn)出分層簇N-φ0~135°180~315°25°205°附Vave-φ?qǐng)D譜180~270°放電脈沖的幅值最高，

PRPD和N-V1~2V2~7V上表現(xiàn)為幅值較大的分層簇狀。從Δt50kV電壓等Δt1/10Δt1/5個(gè)工頻周期。圖5橢球形氣隙放電的特高頻典型圖譜Fig.5TypicalUHFspectraofPDofellipsoidalvoiddefectΔu圖譜上看，多數(shù)點(diǎn)集中分布，呈現(xiàn)出一Y”字分布，其余點(diǎn)分布“YΔu/Δt圖譜上看，Δu/Δt分布較為集中，主要在(0，0)附近，呈“十”字分布，放電點(diǎn)主要集中在中心處，少數(shù)點(diǎn)在“十”字延長(zhǎng)線上分布。60.795kPa澆注氣壓下的氣隙缺陷圖7為環(huán)氧澆注氣壓為60.795kPa的特高頻典

PRPD圖譜上20.265kPa下的缺陷樣品相似，在工頻電壓下，放電脈沖在正負(fù)半周上升N-φ?qǐng)D譜可以發(fā)現(xiàn)，0~135°180~315°，其中25°和200°附近放電最為集中，且負(fù)半周內(nèi)放電脈Vave-φ?qǐng)D譜可以發(fā)現(xiàn)，0°~90°180°附近放電脈沖的幅值最高，且正半周圖620.265kPa澆注氣壓下的氣隙缺陷的放電特征Fig.6TypicalUHFspectraofPDofmulti-voiddefectsof20.265kPa內(nèi)放電平均幅值顯著高于負(fù)半周。PRPDN-V0.5~1.51.5~5電脈沖在從Δt50kV電壓等1/20

0.003~0.0041/6~1/5個(gè)工頻周期。Δu20.265kPa下的Δu為中(0，0)附近的點(diǎn)數(shù)更多。Δu/Δt圖譜同樣在(0，0)附近，呈“十”字分布。101.325kPa澆注氣壓下的氣隙缺陷圖8為環(huán)氧澆注氣壓為101.325kPa的特高頻圖760.795kPa澆注氣壓下的氣隙缺陷的放電特征Fig.7TypicalUHFspectraofPDofmulti-voiddefectsof60.795kPa寸也最大。8(a)PRPD50kVkPa澆注氣壓下的氣隙缺陷在正負(fù)N-φ?qǐng)D譜可以發(fā)現(xiàn)，放電脈沖的相位主要為0°~135和

180°~315°65°200°附近放電重復(fù)率最高。Vave-φ?qǐng)D譜可以發(fā)現(xiàn)，0~45°180~200°放電幅值最高。PRPDN-V0.5~22~7V，該類放電脈沖在PRPD圖譜上呈現(xiàn)為幅值較大的單支簇狀。圖8101.325kPa澆注氣壓下的氣隙缺陷的放電特征Fig.8TypicalUHFspectraofPDofmulti-voiddefectsof101.325kPa從Δt50kV電壓等的Δt1/4Δt1/8個(gè)工頻周期。從ΔuΔu圖譜附近的Δu/Δt同樣以

(0，0)為中心呈“十”字分布，但較前兩種缺陷來說，中心處的點(diǎn)數(shù)也最多。在多個(gè)氣泡缺陷的放電主要分布在0°~135和180