GIS中自由金属颗粒缺陷局部放电严重程度评估

自由金属颗粒缺陷是GIS中常见的绝缘缺陷,而且不同严重程度的局部放电对设备安全运行的影响不同,因此有必要对该类缺陷的放电发展程度进行研究。采用阶梯升压法对自由金属颗粒局部放电进行研究,利用特高频检测技术对局部放电信号进行采集,并提取出6个有效表征局部放电严重程度的特征参量,最后采用K-means聚类算法及最小距离原则建立了局部放电发展阶段的划分规则,并探讨了自由金属颗粒缺陷放电发展过程的演化机制。结果表明:放电特征参量随试验时间的增加均呈现出单调突变式增大或减小的趋势,可以用来表征自由金属颗粒放电的严重程度,通过聚类分析算法和局部放电试验将金属颗粒的放电过程划分为放电发展阶段与放电的临近击穿阶段。     

电压波形对GIS自由金属颗粒放电特性的影响

为了探索较高灵敏度检测GIS设备内部自由金属颗粒的方法,研究了电压波形对自由金属颗粒的影响。在实验室中搭建了自由金属颗粒局部放电试验平台,测量了标准雷电波、标准操作波和工频电压下自由金属颗粒局部放电现象,分析比较了不同电压波形下缺陷的局部放电的特征,获得了冲击电压下不同试验阶段的散点图、柱状图等统计谱图。研究结果表明,在3种电压波形下标准雷电波的局部放电起始电压最低,对自由金属颗粒的检测较灵敏。随着标准雷电电压的升高,在雷电波尾处的放电脉冲个数明显增多,但波头处的脉冲仍仅有一个。随着标准操作电压的升高,在波头和波尾处的放电幅值变大,放电个数增多,且波头处的放电个数增加更明显。不同试验阶段的q-t散点图、q-Δt/Δu散点图及N-Δt/Δu柱状图的形貌特征较有规律,可作为表征GIS自由金属颗粒放电严重程度的特征谱图。     

252 kV GIS隔离开关异物缺陷检测及仿真分析

针对252 kV GIS设备隔离开关超声波局部放电带电检测信号异常问题,确定GIS设备内部存在自由颗粒缺陷,建立隔离开关内部电场等效模型,依据设备内部金属材料特点研究不同类型异物颗粒受力情况,开展物理场模型下不同大小异物粒子轨迹仿真,分析隔离开关底部存在片状金属颗粒并进行解体检查验证。结果表明:超声波局放检测能有效检测设备内部异物缺陷,采用数学模型受力分析及物理场粒子轨迹仿真分析可确定设备内部异物颗粒的状况,分析确定的GIS隔离开关底部存在的毫米级铜质金属微粒与解体结果完全一致。     

GIS自由颗粒放电缺陷的联合检测与分析

针对一起HGIS接地开关气室内的自由金属颗粒放电缺陷,应用局部放电联合检测方法进行了综合检测和定位分析。在特高频和超声波局放检测方法下对自由金属颗粒缺陷特征进行了判别,同时结合SF6气体分解产物检测到的特征气体对自由金属颗粒来源进行判断,并基于平分面法原理对自由颗粒缺陷进行了超声波精确定位。停电并进行现场解体检查,发现筒体底部、静触头内等处残留有金属碎屑。结合接地开关结构和金属碎屑成分进行分析,确定了接地开关在动作过程中存在机械磨损是产生自由金属颗粒的根本原因。     

直流GIL绝缘子表面附着金属颗粒局部放电发展过程及严重程度评估

直流气体绝缘线路(gas insulated line,GIL)绝缘子表面附着金属颗粒会显著降低绝缘子表面的闪络电压,是GIL设备内一种常见的故障。为研究直流GIL绝缘子表面附着金属颗粒所引发局部放电的发展过程并进行严重程度判断,建立了一套220 kV GIL设备局部放电测试平台,在逐步升压时利用紫外观测仪观察了绝缘子表面局部放电的整个发展过程,对不同发展阶段局部放电脉冲电流信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱进行了分析。结果表明:GIL绝缘子表面附着金属颗粒导致的局部放电严重程度可以划分为3个阶段:轻微放电、中度放电和严重放电;随着放电过程的加剧,局部放电信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱跟随出现变化。利用局部放电信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱统计参数Sk、Ku值可以对GIL绝缘子表面附着金属颗粒缺陷引发局部放电的严重程度进行评估。     

基于超声波飞行图的GIS自由金属微粒缺陷诊断研究

自由金属微粒是气体绝缘开关设备(GIS)中最常见的缺陷之一,极易引起绝缘子闪络等绝缘故障。建立了自由金属微粒的典型缺陷模型并进行大量局部放电试验,对信号的工频相位相关性进行判断,确定了不同缺陷类型、不同试验电压下放电超声波飞行图的特征差异,为GIS中自由金属微粒缺陷的识别和诊断提供了一种有效的方法。     

交流与负极性雷电冲击叠加电压下SF6中自由金属颗粒局部放电激发特性

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在运行中常常会遭受雷电过电压侵袭,此时其中的自由金属颗粒缺陷会使得SF₆设备绝缘性能急剧降低,威胁设备的运行安全。基于冲击叠加相位可调的交流与冲击叠加试验系统,采用脉冲电流法试验研究了冲击叠加相位、金属颗粒尺寸、金属颗粒数量对交流与雷电冲击叠加电压下SF₆中自由金属颗粒局部放电激发特性的影响。试验结果表明,冲击叠加相位、金属颗粒尺寸和数量对局部放电激发特性影响显著。负极性雷电冲击叠加在交流电压负半周后,可激发颗粒后续的交流局部放电,且冲击叠加在270°相位所激发的放电最为剧烈;随着颗粒尺寸增大,冲击下金属颗粒局部放电更难激发,但激发后局放更为剧烈;随着颗粒数量增加,冲击下金属颗粒局部放电更容易激发,且放电更为活跃;并从空间电荷角度对局部放电的激发和发展机理进行了解释。该研究工作对于深入理解与实际工况更为契合的叠加电压下SF₆中自由金属颗粒局部放电特性具有重要的理论和工程意义。     

高压开关柜内部缺陷的局部放电信号特征研究

为实现内部缺陷模拟与局部放电信号特征研究,搭建高压开关柜内部缺陷的局部放电信号模拟试验平台,实现了金属尖端、悬浮电极、自由金属颗粒和绝缘气隙4种内部缺陷的实验室模拟。分析4种缺陷的暂态地电压、超声波和特高频局部放电信号特征,为开关柜内部缺陷的局部放电信号检测和诊断提供了参考。     

声—电—化联合检测在判别GIS自由金属颗粒放电缺陷上的应用

笔者通过应用基于局部放电的超高频、超声波以及SF_6气体分解产物的声—电—化联合检测方法,分析了一起GIS断路器气室内自由金属颗粒放电缺陷,阐述了超高频检测下对自由金属颗粒的判别,超声波对自由金属颗粒缺陷定位的优势,又根据SF_6气体分解产物检测到的特征气体对自由金属颗粒来源进行判断,最终通过解体检查以及机械开断试验最终确定断路器弧触头在分合过程中存在机械磨损,是产生自由金属颗粒的根本原因。     

超声波局部放电检测在GIS自由颗粒缺陷检测中的应用

气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)设备内部自由颗粒缺陷对GIS设备安全稳定运行构成较大危害,通过对GIS自由颗粒特性进行分析,提出采用超声波局部放电检测技术检测GIS中自由颗粒缺陷的方法。应用结果表明:超声波局部放电检测能有效检测出GIS设备内部自由颗粒缺陷,提前发现潜伏性缺陷,保障设备安全运行。     

Particle-triggered pre-breakdown phenomena in atmospheric air gap under AC voltage

Corona discharge mechanism and breakdown voltage characteristics of air gaps in the presence of metallic particles were investigated including the relationship between the corona discharge mechanism and the phase resolved partial discharge patterns. These results are of interest for detection of foreign particles in gas insulated systems (GIS). The results with different shaped particles show that the corona mechanism depends on the particle shape and applied voltage. Moreover the corona discharges on both sides of the particle interfere with each other by inflow of charge carriers into the particle. The breakdown voltage is a minimum when the particle is in the vicinity of the electrode due to active interference of coronas. The phase-charge characteristics as the phase resolved partial discharge patterns vary with the particle shape. This suggests that the corona discharge mechanisms for all types of particles should be considered in the particle-detection method for GIS based on the phase resolved partial discharge patterns.     

振荡冲击电压下典型绝缘模型局部放电解析(英文)

The aim of this paper was to give an overview on partial discharges under oscillating impulse voltage.Three models(void in solid,needle-plate in air and oil) were presented,which describe the stochastic discharge process and represent internal discharges in solids and corona in air or silicon oil.Moreover,an air cored Rogowski coil and a sampling resistor for partial discharge(PD) measurement were developed and introduced in this paper.PD inception and extinction voltages(PDIV,PDEV) under single oscillating impulse voltage and AC voltage were investigated with different test samples.Experimental results firstly revealed that the PD inception voltage(PDIV) decreased with increasing applied voltage;secondly the PD inception voltage for three different insulating materials,showed an escalating trend with increasing frequency of the applied voltage.It was proven that the characteristics of PD under oscillating impulse voltage were identical to the features under AC voltage,which could be measured with the phase resolved partial discharge analysis(PRPDA) technique.Based on the reorganization and analysis of PDs under oscillating impulse voltage,the information about insulation defects was extracted from the measured data and used for estimating the risk of insulation failure of the equipment.     

交直流电压条件下GIS局部放电检测对比研究

为了探寻一种较为有效的检测GIS内金属导电微粒类典型缺陷的方法,建立了一套模拟GIS交流电压下和正、负极性直流电压下局部放电检测平台.利用脉冲电流法、超声波检测法对局部放电信号进行检测,对获得的大量实验数据和图谱进行比较分析.通过分析研究,提出了利用正极性直流电压下局部放电检测法对金属导电微粒类缺陷进行检测,该检测方法对金属导电微粒类缺陷最为有效,能够及时发现该类典型缺陷,且对GIS绝缘性能破坏小,具有良好的实际应用价值.     

标准操作冲击电压下220 kV GIS中典型缺陷局部放电特征

通过在实验室搭建的冲击电压下220 kV GIS局部放电测试系统,研究了在220 kV GIS母线段中设置典型缺陷在标准操作冲击电压下局部放电特性。大量试验表明,在标准操作冲击电压下,局部放电具有较工频具有显著性差异。局部放电从PDIV开始就表现出较高的放电脉冲幅值、放电次数以及更宽的放电区域范围,此趋势随着施加电压的上升而越明显,且负极性的放电概率要高于正极性下的放电。     

Insulator surface charge accumulation under impulse voltage

The surface charge distribution under impulse voltage is measured using a static capacitance probe. A probe with very small charge leakage is designed. The condition of surface charge accumulation under impulse voltage is analyzed, and it is concluded that micro discharges in the gas near the insulator surface such as the corona caused by free and fixed metal particles is usually a prerequisite condition. The dynamic equation describing the relationship between surface charge density and the applied voltage is established, and the process of surface charge accumulation under impulse voltage is analyzed. Theoretical analysis and experimental results show that the decrease of wave front time of the impulse voltage can result in an increase of surface charge accumulation. A GIS spacer is used to investigate the influence of charge accumulation on the flashover characteristics. It is shown that the 50% impulse flashover voltage can be reduced by 23.4%, and the lower limit of the V-t characteristics can be lowered drastically if the polarity of the surface charge is opposite to that of the applied voltage.     

交直流复合电场中油纸绝缘沿面放电现象及特征

油纸绝缘沿面放电是换流变压器中常见的一种故障类型,了解换流变压器内沿面放电现象及特征对实现设备故障诊断具有重要意义,不过由于换流变压器内主要为交直流复合电场,放电现象与交流单独作用时有明显区别,所以诊断判据应不同,但是目前缺少换流变压器的诊断依据,因此为了得到换流变压器沿面放电的诊断依据,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电检测平台,观察了交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电现象,统计了局部放电和油中溶解气体特征变化规律,根据放电特征和油中溶解气体产物将放电严重程度进行分级,为换流变压器诊断提供判据。结合交直流复合电压作用时沿面局部放电及产气特征可以为换流变压器故障严重程度提供判定依据。     

金属颗粒对绝缘油流注发展特性的影响研究

变压器在制造、运行和维修等过程中,其内部绝缘油难免会引入金属颗粒,为探究金属颗粒对油纸绝缘性能的影响,文中搭建并调试了油纸绝缘雷电冲击放电试验平台等,开展了金属颗粒对绝缘油流注发展特性影响试验研究,研究了不同浓度金属颗粒对绝缘油流注起始电压与发展过程中形态的影响,并通过COMSOL仿真平台进行验证。结果表明,金属颗粒会促进油中流注的起始与发展过程,流注停止长度和发展速度与颗粒浓度呈正相关,而绝缘油流注起始电压与击穿电压与颗粒浓度呈负相关,金属颗粒的引入会使得流注形态更加发散。分析认为油中金属颗粒与流注的相互作用是降低流注起始电压,加速流注发展,进而降低绝缘油击穿电压的主要原因。     

Formation Characteristics of SF6 Decomposition under Partial Discharge Induced by Metal Protrusions with Varying Degrees of Severity

Due to its excellent insulating and arc-suppression properties, sulfur hexafluoride (SF₆) is widely used in gas-insulated switchgear. In the presence of partial discharge, SF₆ decomposes into various by-products according to discharge scenarios. These by-products are often used to detect and identify partial discharge. In this article, formation characteristics of SF₆ decomposition under partial discharge induced by metal protrusions with varying degrees of severity are investigated. The varying degrees of severity of partial discharge were assessed by partial discharge applied voltage and partial discharge inception voltage. Partial discharge applied voltage and partial discharge inception voltage are related to magnitude of partial discharge and varying degrees of the non-uniform electric field distribution distortion, respectively. The results show that the production rates of SO₂F₂ and SOF₂+SO₂ decrease with increasing partial discharge inception voltage, while increasing proportionally to partial discharge applied voltage. The ratio of SO₂F₂ to (SOF₂+SO₂) exhibits a similar trend. As partial discharge applied voltage increases, the production rates of CO₂ and CF₄ increase, but the ratio of CO₂ to CF₄ decreases. Based on the experiments, the formation mechanisms of SF₆ decomposition by-products under varying degrees of severity of partial discharge are analyzed.     

运行电压下GIS异物颗粒飞行特征速查法研究及应用

为研究运行电压下GIS设备内部异物颗粒超声波局放检测飞行图谱与异物颗粒对应关系,解决现场局放带电检测难以判断异物颗粒状况的问题,文中针对实际GIS设备结构开展不同类型异物颗粒力学特性分析,仿真分析了126 kV～363 kV GIS设备运行电压下异物颗粒的飞行特征,研究异物颗粒飞行特征速查法,建立物理场仿真模型确定了颗粒轨迹与力学仿真结果的对应性。研究应用结果表明:运行电压下不同厂家GIS设备内部异物的飞行起跳电压与颗粒类型及大小有关,异物颗粒飞行特征速查法提取的特征与实验室检测颗粒飞行轨迹相一致,两例现场应用案例印证了飞行特征速查法能够快速实现设备内部颗粒的状态判断,解体结果显示飞行特征速查法现场应用的准确性。