GIS内部缺陷局部放电下SF_6分解特性研究

为研究金属突出物缺陷下的局部放电(PD)与SF_6气体分解组分的关系,研究了110 k V GIS内部金属突出物缺陷下的局部放电,对比分析了两种不同放电量下SF_6的分解情况。选择SO_2F_2、SOF_2、CO_2、SO_2 4种组分作为特征气体,选择c(CO_2)/c(SO_2)、c(SOF_2)/c(SO_2F_2)、c(SOF_2+SO_2F_2)/c(SO_2+CO_2)3组比值来表征金属突出物缺陷下的放电特点。结果表明:GIS中各分解组分变化规律不同于理想试验罐体中得出的数据规律;在GIS中放电量较小的情况下,可以通过SOF_2、SO_2F_2的浓度变化来判断PD强弱;SF6分解特征组分比值c(SOF_2)/c(SO_2F_2)和c(SOF_2+SO_2F_2)/c(SO_2+CO_2)均可以判断GIS内PD的强度;而c(CO_2)/c(SO_2)分散性较大,不宜作为判断GIS内PD强度的特征量。     

不同气压下SF_6的局部放电分解特性

为了获取不同气压下SF6的局部放电(PD)分解特性及其变化规律,在搭建的试验研究平台上,开展了不同气压下SF6的PD分解特性实验。实验中,采用气相色谱仪和气质联用仪对分解生成的特征组分进行了定量测定。根据实验结果,分析了特征组分的变化规律及气压变化造成的影响。实验结果表明:随着气压的增加,特征组分CO2、SO2、SOF2的生成速率会明显减小,且SOF2的变化最为显著,但特征组分SO2F2的生成速率仅略微降低,进而对诊断故障的特征比值φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)有较大的影响。为此,提出一种影响不明显的特征比值φ(SO2F2+SOF2+SO2)/φ(CO2)作为故障诊断的新特征量。     

基于SF_6分解特性的局部放电故障程度评估

如何对直流SF6气体绝缘设备(gas-insulated equipment, GIE)内部局部放电(partial discharge,PD)严重程度进行科学的评估是目前还未解决的问题。由于GIE内部绝缘材料的分解情况与设备内部绝缘状态直接相关,提出利用SF6PD分解特性对GIE内部PD程度进行评估,具体为:建立出自由金属微粒缺陷模型,并将由该缺陷引起的PD划分为3个等级,在每个等级下各选2个电压开展SF6分解实验;基于最大相关最小冗余(minimumredundancymaximumcorrelation,m RMR)原则对SF6分解组分进行特征选择,并分别运用反向传播神经网络和支持向量机分类器诊断PD严重程度,提取出最能有效表征PD程度的SF6分解组分含量的比值集合,对PD状态进行评估。研究表明,SF6分解组分含量与PD严重程度之间存在一定的关联关系,C(CO2)/CT1、C(CF4)/C(SO2)、C(CO2)/C(SOF2)和C(CF4)/C(CO2)能够有效地诊断PD严重程度。     

SF_6负极性直流局部放电分解特性与组分特征提取

为了研究SF_6在不同类型负极性直流局部放电(partial discharge,PD)下的分解特性,进而建立SF_6分解特性与缺陷类型之间的关联特性。在自建的SF_6负极性直流PD分解实验平台上,通过系列实验研究得到了SF_6在4种不同典型绝缘缺陷引起的负极性直流PD下的分解数据。研究表明:4种典型绝缘缺陷PD下SF_6均会发生分解,生成CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2这5种稳定组分,且4种缺陷下组分体积分数以及由分解组分构造而成的特征比值(简称特征组分比值)随放电时间均具有各自不同的变化规律,可以用于缺陷类型表征。为了验证这两类特征参量对缺陷类型表征的有效性,使用谱聚类算法分别对两类特征量进行聚类处理,结果表明,两类特征参量均能对缺陷类型进行有效反映,且特征组分比值参量更加适合用于缺陷类型识别。     

负极性直流局部放电量与SF_6分解过程的关联特性

为了研究直流气体绝缘电气设备内部局部放电(partial discharge,PD)强度与SF6气体分解特性之间的关联关系,该文在研制的SF6直流PD分解试验系统上,通过对针板电极施加不同强度的负极性直流电压使SF6发生分解,结合气相色谱质谱定量分析法,获取了每秒平均放电量Qsec与SF6分解组分之间的关联特性。研究表明:负极性直流PD使SF6分解产生的分解组分主要包括CF4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等,其中CO_2、SO_2F_2、SOF_2及(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)的生成量与Qsec具有较强的关联特性;SO_2F_2、SOF_2和(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)的产气均方速率RRMS与Qsec具有正的线性相关性,可作为判定直流PD放电量的特征量,同时,组分含量特征比值SO_2F_2/SOF_2也与Qsec具有正的线性相关性,并可以作为判定直流PD强度的特征比值。     

GIS在局部放电下的SF_6气体分解产物实验研究

笔者使用自行设计126 kV交流工频电源和GIS局部放电实体实验平台以及气体分析检测系统,模拟对地放电故障状态,对局部放电引起的SF6分解物特征组份气体进行定性定量分析,用脉冲电流法对局部放电强度进行监视,得到局部放电引起SF6气体分解物特征组份及变化规律。研究表明:局部放电致使SF6气体发生分解,特征组分为SOF2、SO2、S2OF10,SOF2、SO2与局放持续时间、局放强度呈现正相关性,吸附剂对于SF6分解物检测有影响。     

吸附剂对局部放电下SF_6分解特征组分的吸附研究

为了保障SF6绝缘气体的纯度,需要在SF6气体绝缘设备气室中配置一定量的吸附剂,一方面用于控制气室内的水分含量,另一方面用于吸附因各种原因产生的杂质气体。因而,吸附剂的存在会对局部放电下使SF6发生分解而产生的特征组分进行吸附,使得特征组分含量和变化规律发生改变。在利用特征组分诊断气体绝缘设备内部故障时,必须考虑这一重要影响因素。为此,该文在搭建的SF6气体局部放电分解试验平台上,利用针–板电极产生局部放电(partial discharge,PD)使SF6发生分解,采用气质联用仪定量测定放电室内特征组分的变化,获取不同吸附剂用量梯度下吸附特征组分的规律与特性。研究表明,无论有无放置吸附剂,在气室内都能检测到SOF4、SO2F2、SOF2和SO2等主要稳定特征组分,且随着吸附剂用量的增加,对特征组分的吸附率各不相同。     

基于SF_6分解组分的负极性直流局部放电故障诊断

为了利用SF_6局部放电(PD)分解特性开展直流气体绝缘设备(GIE)故障诊断研究,以直流GIE中最为常见的4种绝缘缺陷为例,研究了缺陷从起始放电发展至临近击穿整个过程的PD特性,选择q_v、n_v和Δt_v作为表征PD状态的特征量,并将PD严重程度划分为3个等级;在每种缺陷的3个PD等级下开展了大量SF_6分解实验,获取了SF_6分解特性。实验结果表明,SF_6分解生成了CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2 5种稳定组分,其中SOF_2是最主要的分解产物,且含硫组分的生成量高于含碳组分的生成量;构建了由21个浓度比值组成的特征集合,运用最大相关最小冗余准则进行特征量选择,并基于BP神经网络和支持向量机进行了故障诊断,准确率超过88%。     

气压对SF_6局部过热分解的影响特性

为获取气压对SF_6局部过热分解的影响特性,通过实验研究了故障温度为400℃、气压为0.2~0.5 MPa的SF_6局部过热分解特性,并结合粒子反应碰撞理论分析了气体压强对SF_6分解特征组分生成过程的影响作用机制及影响规律。研究结果表明:随着气压的增加,单位体积内的各种分子的有效碰撞频次增加,进而提高了生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2、H_2S和SO_2的化学反应的速率,使得各特征分解组分的摩尔浓度均随着气压的升高而增长;气压的升高对不同分解组分有不同程度的促进作用,其中对SO_2F_2生成的促进作用最为显著;气压对特征组分的有效产气速率的影响规律明显,同时,SO_2F_2/SOF_2和SO_2F_2/(SO_2+SOF_2)两组有效特征组分比值均与气压呈正线性相关。以上研究结果可为将来采用SF_6气体组分分析法(DCA)对SF_6气体绝缘装备进行绝缘状态监测提供支撑。     

SF6局部放电分解模拟实验研究

为研究GIS内不同缺陷引起的PD与SF6分解气体组之间的关联比对关系,设计了3种引起GIS内局部放电的典型缺陷模型.在这三种缺陷模型下,分别在3个电压等级下对SF6进行96h局部放电分解实验,检测到CF4、CO2、SO2F2以及SOF2四种分解气体组分.结果表明,在相同条件下,4种气体产量各不相同,且随时间延长而有所增加;在相同电压等级下,3种缺陷模型中气体分解特性各不相同;而在不同电压等级下,同一缺陷模型中气体含量增长规律有较大差异.     

直流电压下SF_6气体的沿面局部放电特性

以SF_6气体为绝缘介质的直流气体绝缘输电线路(gas insulated transmission lines,GIL)内部存在沿面缺陷,而局部放电信号蕴含了丰富的绝缘信息,因此针对直流电压下SF_6气体沿面局部放电特性研究具有重要意义。为此以沿面模型作为试验模型,搭建直流高压试验平台,利用脉冲电流法对直流电场下SF_6气体沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,研究局部放电起始特性与放电发展特性。研究表明:压强在0.1～0.6 MPa范围内,起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)具有极性效应,负极性PDIV更低,PDIV随着气压的增大而提高,PDIV对气压的敏感度随气压的升高而降低,放电稳定性随着气压的升高先降低后提高;当压强相同时,随着外施电压的提高,促进沿面放电发展,平均放电量和最大放电量不断增大,放电重复频率先升高后降低。根据放电特性的不同,将沿面放电过程分为4个阶段:初始电子主导放电阶段、电子崩主导放电阶段、流注发展阶段和临界击穿阶段;当外施场强一定时,提高压强会明显地抑制沿面放电发展,且抑制效果随着压强的提高而略有减弱。     

不同气压下两种缺陷的SF_6负极性直流局部放电分解特性

为了探究不同气压下自由金属微粒与金属突出物在引起负极性直流局部放电(PD)导致SF_6特征组分的差异,在搭建SF_6直流局部放电分解实验平台的基础上,开展了不同气压下SF_6 PD分解特性实验研究,获取了SF_6分解特征组分随压强的变化规律。研究表明:在2种缺陷下,SF_6会发生分解生成SO_2F_2、SOF_2、CO_2、SO_2 4种稳定的分解产物,金属突出物缺陷下各分解组分生成量浓度随着气压的增加而逐渐减少,并呈现不同的变化趋势。自由金属微粒缺陷下,SOF_2、CO_2和SO_2随着气压的增加几乎不变,SO_2F_2随着气压的增加而快速减少。有效量浓度比值c(SO_2F_2)/c(SOF_2+SO_2)随气压的增加逐渐减少,在对GIS进行故障诊断时,需要对气压造成的影响进行校正;c(CO_2)/c(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)随气压逐渐增加,并在0.3 MPa后达到稳定,对气压处于0.3~0.4 MPa的气体绝缘设备进行故障诊断时,可以不考虑气压对c(CO_2)/c(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)的影响。     

冲击电压下SF_6气体绝缘典型缺陷局部放电特性研究

随着电网电压等级的不断提高,对于高电压等级设备现场只做工频耐压试验已不能满足电网安全需要,针对此情况,IEC推荐采用振荡型雷电波和振荡型操作波作为现场冲击耐压试验用波形,此外,为了对设备的整体绝缘强度进行合理判断,该标准还建议现场做冲击耐压试验的基础上同时进行局部放电检测。为了对比研究振荡型冲击与双指数冲击对绝缘作用的差异,文中首先建立了产生波形符合IEC 60060-3—2006标准要求的振荡冲击发生器及相应的局部放电检测系统,在此基础上,对比研究了GIS中典型缺陷在双指数冲击电压和振荡冲击电压下的放电特性。结果表明,振荡冲击能多次激发缺陷发生放电,更容易暴露出金属突起物缺陷。研究结果为现场实现冲击下局部放电检测奠定了试验基础。     

基于SAW-RFID的SF_6分解特性研究

为提高分解特征组分在故障诊断中的准确性,需对影响分解特征组分的SF_6气体湿度进行在线监测。现有湿度在线监测技术存在耗气量大、实现困难且复杂成本高等不足,提出了一种基于声表面波射频识别(SAW-RFID)的SF_6气体湿度在线监测方法。首先对该SAW-RFID湿度传感器芯片进行了中心频率测试和性能测试,再利用该湿度传感器监测用针-板放电模型模拟金属突出物绝缘缺陷所产生的局部放电(PD)下SF_6气体的湿度,在不同湿度下定量测定了SO_2F_2和SOF_2的累积体积分数。实验结果表明,SAW-RFID湿度传感器的性能满足要求,精度高、误差小;SO_2F_2与SOF_2的累积体积分数随湿度增加变大,与放电时间呈正相关;相对产气速率在前期与湿度负相关,在后期与湿度无关且趋同。     

负极性直流局部放电下SF6分解特性

为了获取和掌握不同类型负极性直流局部放电(PD)下SF_6气体绝缘介质的分解特性,利用SF_6直流PD分解实验平台,对自制的4种典型绝缘缺陷模型(金属突出物、自由导电微粒、绝缘子表面污秽和绝缘子气隙)进行PD实验。结果表明:4种绝缘缺陷引起的负极性直流PD均会使SF_6分解生成CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等5种稳定组分,SF_6分解组分的含量、有效产气速率和含量比值与PD类型之间均存在一定关联;在4种缺陷下,以c(SOF_2+SO_2)/c(SO_2F_2)、ln(c(CO_2)/c(CF_4))和c(SOF_2+SO_2F_2+SO_2)/c(CF_4+CO_2)作为特征量,区别较为明显,且特征比值曲线没有出现任何交叉,因此适合识别不同类型的绝缘缺陷。     

SF_6气体分解物组份检测法在GIS局部放电故障诊断中的应用

绝缘降低是GIS气体绝缘组合电器设备故障的主要原因,对GIS进行局部放电在线检测可有效掌握设备绝缘状况。本文分析SF_6气体分解物组份检测方法的原理,并搭建实验平台模拟几种典型绝缘故障,得出相应的检测频谱图。通过对检测频谱图分析,总结出该方法在GIS故障类型识别方面的特点,为后续GIS局部放电引起故障类型的研究提供参考。     

振荡雷电冲击电压下SF_6沿面模型局部放电特性研究

针对沿面模型在振荡雷电冲击电压下进行局部放电特性研究。首先搭建了振荡冲击电压发生器,产生符合IEC 60060-3:2006的振荡型雷电冲击电压;然后基于特高频法和脉冲电流法,建立了冲击电压下局部放电测量系统;构建了SF_6沿面模型,对负极性振荡雷电冲击电压下的局部放电进行测量,分析放电幅值、放电次数和放电相位随外施电压的变化规律。结果表明:与脉冲电流法相比,特高频法测量局部放电的灵敏度更高;局部放电发生在外施电压波峰或波谷来临前的上升沿和下降沿;放电幅值和次数随外施电压升高而线性增大,第一上升沿激发的放电幅值最大、放电次数最多;随着外施电压的升高,放电相位分布呈现明显的"左移"。     

振荡冲击电压下SF_6气体中绝缘子气隙局部放电特性研究

随着GIS设备现场冲击耐压试验的推广实施,冲击电压下的局部放电检测被作为一种新方法,应用于GIS的现场绝缘诊断。冲击电压能够有效限制电晕稳定性作用,相比交流低频电压对局部极不均匀场类缺陷的发现能力更强,因此该方法将具有较好的应用前景。本文建立了冲击电压下的局部放电宽频带电脉冲检测系统,采用标准振荡雷电冲击(OLI)和标准振荡操作冲击(OSL)作为激励源,对绝缘子气隙缺陷在SF_6气体中的局部放电特性及影响因素进行了研究,并在此基础上针对预置人工绝缘气隙缺陷的实际GIS试品进行了模拟试验。研究表明:在振荡冲击下,气隙局部放电脉冲主要包括首次放电、后继放电及反向放电三种放电形式,其中首次放电对其他几种放电形式具有决定作用。且气压、背景场强及气隙尺寸比等对绝缘子气隙局部放电行为具有明显影响。GIS的模拟局部放电检测表明,两种振荡冲击电压(OLI和OSI)均能够有效检测GIS内部的气隙类缺陷。     

500kV SF_6断路器现场测量局部放电

由于SF_6全封闭电器的高运行场强,在制造安装检修中不可避免的工艺缺陷(如各类杂质及电极的粗糙度)将成为其致命的弱点,这种通常称为杂质效应和电极效应将随设备电压等级的增加而越益明显。众所周知,SF_6电器的小间隙绝缘在均匀或稍不均匀电场中的起晕电压和击穿电压较为接近,一旦起晕或出现局部放电,即会导致整个间     

SF_6全封闭电器绝缘的局部放电测量

局部放电测量是一种非破坏性检验手段,它主要用于检查固体绝缘件在正常工作电压下是否产生了“局部放电”。随着电网电压的提高,超高电压、特高电压相继问世,电力科学迅速发展,电网过电压倍数相对下降。许多事例告诉人们,引起高压电器绝缘损坏