GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及特征

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备中绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及其特征,搭建了一套220 kV GIS设备沿面放电缺陷发展实验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面固定金属颗粒的沿面局部放电进行长期试验,观察到了放电起始、发展直至沿面闪络的现象。利用测量到的局部放电随时间变化的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图,描述了沿面局部放电发展的现象并获得了相应的图谱特征。试验结果表明:GIS设备绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展现象呈现出电晕放电、电晕放电和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段。     

直流气体绝缘线路中自由金属微粒的局部放电特性与影响因素

直流气体绝缘线路(GIL)中的自由金属微粒会使电场发生畸变,使绝缘气体/绝缘子发生局部放电等劣化效应。为此,研究了微粒局部放电的影响因素以及严重程度,在密封同轴圆柱腔体内充入不同气压的SF6气体,以不同长度的线形微粒进行了试验,利用脉冲电流法及高速相机同时观察了其局部放电信号与微粒运动行为,对局部放电信号的平均局部放电量、平均局部放电时间间隔进行了分析。结果表明:对于自由线形金属微粒,微粒的平均局部放电量与长度、最大可能带电量成正相关,可根据微粒的局部放电信号判断其危险程度及微粒长度;在负电压下,微粒跳起运动至高压电极附近,发生"飞萤"现象;在正电压下,微粒在外壳地电极跳起后落至地电极,并不断弹跳;且微粒在负电压下的平均局部放电量是在正电压下的2~5倍,平均局部放电时间间隔较小;随着气压增大,气体的平均局部放电量随之减小,但有趋于饱和的趋势。因此,自由金属微粒的局部放电特性可以为金属微粒的严重程度判别与故障诊断提供依据。     

GIS局部放电特高频信号特征的研究

为了研究GIS（全封闭气体绝缘组合电器）设备内部各种不同类型局放故障的特高频信号特征,利用实际的110kVGIS母线段建立了一套GIS局部放电试验平台,并在试验平台上进行了高压尖端、地电位尖端、盆式绝缘子表面金属颗粒、悬浮电位放电和绝缘子内部缺陷等几类典型缺陷模型的局放试验,获取了不同缺陷的图谱资料。试验结果表明,依据特高频信号的特征,可以对不同类型缺陷进行区分。     

GIS盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷导致局部放电的发展过程

局部放电是气体绝缘组合电器（GIS）内部绝缘损坏的外在表现。为了研究GIS局部放电的发展规律,在220 kV GIS实验腔体中设置了人工盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷模型,采用阶梯升压法模拟了该缺陷下局部放电的不同发展阶段,以特高频法对各阶段局放信号进行了测量。基于测量结果,梳理了放电次数、平均放电幅值、总放电幅值、最大放电幅值等的变化规律,从而得出结论：盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷下局部放电可分为放电初始阶段、放电发展阶段和放电危险阶段,且各放电阶段可用放电特征量及放电散点图的变化来表征。     

直流气体绝缘输电线路的绝缘设计

气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)与架空线路相似但占地空间小、损耗低,在高压直流输电和特高压直流输电领域具有较大的应用空间。通过分析表面电荷和金属导电微粒对绝缘子沿面放电的影响,指出了绝缘子表面电荷积聚和自由金属导电微粒附着是降低直流GIL绝缘性能的重要原因。采用了使电场分布合理的方法,即半圆锥形盆式绝缘子的优化和表面电阻率阶梯分布的覆膜。设计了包括电极覆膜、微粒陷阱、驱赶电极和屏蔽环的直流GIL的绝缘结构。     

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。     

GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估

绝缘子表面高压电极故障所导致的局部放电是气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear,GIS）设备内部较为常见一种放电。为实现GIS设备中绝缘子表面高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估,建立了一套220kVGIS设备局部放电缺陷发展的试验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面高压电极故障所导致的局部放电进行了长期试验,观察到了放电起始、发展直到沿面闪络的现象,获得了不同试验阶段的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图、时频分析图等多种统计谱图。研究结果表明：1）可以将GIS设备绝缘子表面高压电极故障导致局部放电的放电严重程度划分为3个级别：轻微放电、中度放电以及危险放电;2）随着局部放电的加剧,放电点沿相位的分布逐渐变宽,并且散点图、柱状图、灰度图以及时频分析图等统计谱图的形貌特征出现相应的变化。利用上述局部放电相位分布特点以及多种统计谱图的形貌特征可以作为GIS设备绝缘子表面高压电极故障导致局部放电严重程度诊断与评估的依据。     

GIS局部放电检测中特高频法与超声波法灵敏度的对比研究

为对特高频法和超声波法在GIS设备局部放电检测中的灵敏度进行对比,以实际的GIS设备为基础,建立了一套220kV GIS局部放电检测平台,模拟了实际中较为常见的5类放电缺陷,利用特高频法和超声波法对5类缺陷在不同电压下的局部放电同时进行了测量,并对两者获得的起始放电电压、平均视在放电量、放电次数和放电幅值进行了比较。试验结果表明:特高频法对上述5类局部放电的检测均较为灵敏;超声波法对GIS设备中绝缘子表面自由金属颗粒缺陷、绝缘子表面设备外壳内侧金属尖刺缺陷以及高压导体接触不良缺陷引起的局部放电的检测较为灵敏,但与特高频检测法相比,灵敏度仍然略低。因此建议以特高频作为GIS设备内部缺陷检测和诊断的主要手段,超声波法为辅助检测手段。     

GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电特性研究

为研究气体绝缘开关设备中绝缘子表面固定金属颗粒的放电特性,在实验室建立了一套220kV电压等级的GIS局部放电检测平台,模拟GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电模型,应用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对整个放电过程进行了检测。试验结果表明:光学检测法灵敏度很高,通过紫外光子数可以直观的反映放电的剧烈程度和放电位置;绝缘子表面固定金属颗粒的形状对放电剧烈程度有较大影响;在绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,局部区域瞬间受热而膨胀,体积的剧烈变化引起了介质密度的瞬间变化,从而导致超声波信号不断增强。     

特高压直流输电工程GIL三支柱绝缘子故障分析及改进措施

随着特高压直流输电工程建设日益深入,气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)以占地面积小、环境兼容性好、输送容量大、能承载高电压及大电流等优点被广泛应用于特高压直流输电系统,其运行稳定性研究被提上日程。为了分析GIL运行过程中三支柱绝缘子故障原因,研究三支柱绝缘子运行特性,通过GIL超声波局部放电分析、解体检查、固定三支柱绝缘子受力分析及固定三支柱绝缘子生产工艺分析,明确GIL三支柱绝缘子内部制造缺陷为故障原因。分析认为,通过对GIL固定三支柱装配优化、绝缘支柱生产过程优化及固定三支柱连板优化等措施,改进后三支柱绝缘子应用于生产现场可有效降低GIL设备故障率,提高GIL运行稳定性,对特高压直流输电工程的可靠运行有着重要意义。     

交流GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动和局部放电特性

气体绝缘开关设备(gasinsulatedswitchgear,GIS)绝缘子沿面闪络严重威胁供电安全,故障诱因通常归结为GIS绝缘子表面存在的金属颗粒。GIS内金属颗粒尺寸主要是亚毫米级,认识和了解GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性是分析GIS绝缘子沿面闪络诱因无法回避的问题,但因为研究难度较大,一直以来GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性尚不被掌握。为此,在前期研究的基础上,建立灵敏度可达0.02pC的综合局放测量系统和运动观测系统,观测获得了GIS绝缘子表面单个、2个、多个亚毫米级金属颗粒的运动特性和局部放电特性,采用有限元法和电磁场理论分析GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动机制和局部放电机制,并揭示了两者的关联关系,最后讨论特高频法现场检测技术对GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的检测失效问题。     

振荡冲击及交流电压下绝缘子表面金属微粒放电特性研究

近年来由于绝缘子沿面放电引起的绝缘故障较为多见,冲击耐压及冲击下局部放电检测是绝缘考核和诊断的有效手段。文中采用IEC 60060-3推荐的振荡型雷电及操作冲击和工频交流电压,针对110 k V气体绝缘组合开关设备(GIS)真型绝缘子金属微粒缺陷模型进行了局部放电特性研究。在工频交流(AC)电压下,局部放电起始电压和闪络电压的差值小于2种振荡型冲击电压,其随气压增大而增加;在冲击电压下,局部放电大多发生在振荡周期的上升沿处,在电压波谷处会出现相反极性的局部放电脉冲;金属颗粒位置对放电量、放电重复率等影响较大。结论表明,相比于工频交流电压,GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷在外施电压为振荡型冲击电压时易产生局部放电,说明了振荡型冲击电压局部放电检测具有较高缺陷检出能力。     

GIS中局部放电特高频信号与放电严重程度的关联分析

局部放电激发的特高频信号大小与放电严重程度紧密相关,笔者利用220 kV GIS设备,采用特高频检测法和IEC 60270—2000检测法同时对多种典型局部放电源进行试验。通过分析特高频信号的时域峰峰幅值与局部放电量之间的关联,发现不同类型局部放电源所激发的特高频信号峰峰值与视在放电量的对应关系存在显著差异。针对不同局部放电源特有的物理结构,通过对放电机理的对比分析,给出了不同缺陷激发的特高频信号峰峰值与视在放电量关系不一致原因的定性解释。     

XLPE直流电缆典型缺陷局部放电特性研究

局部放电是表征电力设备绝缘状态的最有效的手段之一,然而关于直流电压下XLPE电缆典型绝缘缺陷局部放电特征的研究较少。文中首先深入分析了直流下复合绝缘材料局部放电机理,总结了XLPE电缆常见缺陷类型及其原因。使用单芯XLPE电缆及其预制式接头制作了金属毛刺电晕缺陷、应力锥处半导电层沿面放电缺陷以及绝缘交界面气隙放电缺陷,在直流电压下进行阶梯式加压试验。基于高频电流法采集局部放电数据,获得了各缺陷不同放电严重阶段的多种典型特征,包括放电量-时间间隔-放电重复率三维图谱,前序放电量、前序放电时间间隔与当前放电量相关性散点图。提取了典型统计图谱的28个指纹特征,并使用RBF神经网络进行模式识别获得了较好识别正确率,从而验证了特征有效性。     

表层非线性电导盆式绝缘子表面电荷分布与沿面放电特性

盆式绝缘子表面电荷积聚是影响直流气体绝缘输电管道(direct current gas insulated transmission line,DC-GIL)电场分布与沿面闪络的重要因素,因此探究绝缘子表面电荷积聚机理并提出调控方法,进而改善绝缘子沿面电场分布具有重要意义。该文搭建缩尺直流GIL绝缘子试验平台,研究不同Si C质量分数(23.1%、37.5%、47.4%)的非线性电导涂层对直流电压、金属微粒附着和极性反转工况下盆式绝缘子表面电荷分布与沿面闪络特性的影响规律。结果表明：环氧基Al₂O₃绝缘子的表面电荷极性取决于气固侧电流密度博弈结果,具有显著的场强依赖特性;非线性电导涂层可以自适应调控直流GIL绝缘子的表面电荷与沿面电场分布,显著提高不同工况下的沿面闪络电压。该文的研究结果为高可靠性直流GIL绝缘子的研发提供了一种潜在的解决方案。     

面向工程化的高压直流GIL绝缘子表面电荷主动消散与检测方法探讨北大核心CSCD

绝缘子表面电荷积聚是高压直流GIS/GIL需要重点关注的绝缘问题,近年来关于绝缘子表面电荷积聚机理、消散、检测等方面的研究工作取得了很大进步。论文对面向工程化的直流GIL绝缘子表面电荷主动消散和检测方法进行探讨;提出表面电荷本征积聚和外诱积聚的概念,为直流GIL在设计、运行、维护阶段减少电荷积累铺平了道路;对基于X射线辐照的绝缘子表面电荷GIS/GIL罐体外的主动消散方法进行讨论,提出基于嵌入式静电传感器的绝缘子表面电荷积聚严重程度的评估方法,为直流GIL工程化提供理论和技术支撑。     

±200 kV直流盆式绝缘子的研制

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)设备研制的核心元件,直流电压下绝缘子长期承受单极性直流电场作用,其表面会积聚大量电荷,导致固-气界面处局部电场畸变,极易引发绝缘子沿面闪络,降低设备的绝缘水平.本研究借鉴直流绝缘子的相关研究成果,通过合理控制绝缘子表面场强及提高绝缘材料的电阻率实现对表面电荷积聚的抑制,借助仿真手段指导结构优化设计,完成了绝缘子浇注并通过交直流应力下的介电试验及力学性能试验,验证了设计的正确性.     

恒定电压下油纸绝缘局部放电发展规律及缺陷状态诊断

为了研究变压器内部油纸绝缘局部放电缺陷的发展过程及规律,构建了球板和匝间局部放电模型,采用恒压法研究了不同幅值电压下绝缘纸板(绝缘纸)从开始放电到纸板(绝缘纸)被击穿的放电发展过程中窄带脉冲电流信号的脉冲重复频率、脉冲的平均放电量及最大放电量、脉冲的1s放电量及累积放电量、脉冲相位分布的变化过程。研究结果表明:在局部放电缺陷的发展过程中,脉冲累积放电量、1s放电量、脉冲起始相位、脉冲的重复频率等特征参数呈现出指数或线性的变化趋势。其中累积放电量等特征参数发展较稳定,规律较一致,可以用来表征局部放电缺陷的严重程度;基于此提出了局部放电缺陷严重程度的2种表达方法:击穿概率法、剩余寿命法。     

缺陷对交流1100kV GIL三支柱绝缘子电场分布影响的仿真

缺陷及导电微粒会严重畸变气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)用三支柱绝缘子的电场分布,甚至引发击穿、放电故障.该文分析特高压(UHV)GIL内可能存在的缺陷及来源,应用有限元仿真软件COMSOL研究了界面缺陷、内部气泡和导电颗粒对三支柱绝缘子电场分布的影响.结果表明,嵌件界面剥离和中心导体气隙对绝缘子电场分布有着相似的影...     

GIS金属颗粒放电发展的试验研究

为了观察GIS内部绝缘子表面固定金属颗粒放电的发展过程,在252 kV GIS中设置绝缘子表面固定金属颗粒缺陷,采用长时间逐步升压法使放电起始、发展直至沿面闪络。在放电发展过程中采用脉冲电流法实时监测局部放电的脉冲,统计形成表面固定金属颗粒局部放电发展过程中不同阶段的N-Φ谱图、Vmax-Φ谱图以及Vave-Φ谱图。实验结果表明：随着放电的发展,局部放电的谱图出现变化,产生一些相应的特征: 在放电发展中期,N-Φ谱图的负半波会呈现双峰结构,在相位250°附近会出现幅值较大、次数较多的放电,并在338°~353°相位区间内将出现放电,这些都是有别于局部放电初期阶段的重要特征。