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。     

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。     

GIS中自由金属颗粒缺陷局部放电特性的研究

结合自由金属颗粒局部放电过程中外施电压的变化特点,对GIS中自由金属颗粒缺陷进行了受力分析,根据不同受力的情况．将整个局部放电过程划分为3个阶段。采用脉冲电流法测量了不同电压下自由金属颗粒的局部放dLPRPD谱图,分析了自由金属颗粒的局部放电特点,并对自由金属颗粒缺陷发展过程的理论分析结果进行了验证。     

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。     

基于局部放电统计特性的GIS现场试验

基于局部放电超声信号统计特性,分析气体绝缘组合电器内部缺陷,进行数据统计分析例如信号幅值分布、飞行时间分布和相位分布,结合传统相位谱图法可以判断GIS内部缺陷。     

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。     

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。     

不同电压等级GIS局部放电UHF信号传播特性仿真研究

特高频局部放电检测是进行气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)状态评估的一项重要技术手段。通过信号注入方式对特高频传感器在GIS上配置的合理性和局放特高频监测系统灵敏度进行校核是确保状态监测有效实施的重要手段。不同电压等级的GIS结构尺寸不同,对UHF信号的传播和衰减的影响也不相同,因此所需注入校核信号的幅值也不尽相同。文中根据真实GIS建立110、220、500、1 000 kV 4种电压等级下的直腔体、L型、T型仿真模型,通过CST仿真软件对比研究并分析了同一结构下不同电压等级的GIS中UHF信号以及同一电压等级不同结构中UHF信号的传播衰减情况;据此得出了不同电压等级GIS各种典型结构下UHF信号的衰减量,为UHF传感器的配置合理性评价及现场校核信号注入值的确定奠定了基础。     

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。     

有限时域差分法对GIS局部放电传播的分析

用特高频法测量GIS局部放电所面临的困难是无法标定出视在放电量,并且也无法确定何种因素影响特高频传感器输出信号的强弱.针对上述问题,利用同轴波导模拟GIS腔体结构,并应用有限时域差分法对局部放电辐射的电磁波在波导内传播情况进行仿真.通过仿真数据分析,找出对特高频信号能量产生影响的多种因素,如：放电位置,波导尺寸,放电电流幅值和放电源的脉冲形状.从而阐明了特高频输出信号能量与原始放电脉冲的关系,为进一步探讨GIS放电量特高频标定打下基础.     

温度对GIS绝缘子表面金属异物局部放电及闪络特性的影响

表面金属异物是造成气体绝缘全封闭组合电器(gas-insulated switchgear,GIS)绝缘子故障失效的重要原因。运行中的绝缘子不仅承受强电场作用,还承受温度场的作用,研究电–热耦合下绝缘子表面金属异物的局部放电和闪络特性,具有重要的实际意义。鉴于此,该文建立GIS绝缘子电场和温度场耦合试验平台,开展不同温度作用下绝缘子表面金属异物缺陷的局部放电和闪络特性研究。结果发现,绝缘子表面最高温度从25℃升高至75℃时,绝缘子表面2.5cm长金属异物缺陷的局部放电起始电压降低约16%;平均放电量从0.55pC增加至1.45pC;最大放电量从9.1pC增加至11.5pC;放电频次也从不足200次/s增加至近400次/s。不同电压下,不同尺寸金属异物局部放电特性随温度变化的规律基本一致;而温度对绝缘子表面金属异物缺陷的工频闪络电压的影响不显著。研究结果有助于进一步认识实际运行中在电–热耦合作用下,温度变化对绝缘子表面金属异物缺陷的局部放电和闪络特性的影响规律。     

冲击电压下气体绝缘开关设备悬浮缺陷放电特征

为探索冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)悬浮缺陷局部放电检测的有效性及灵敏性,搭建了冲击电压下局部放电试验平台,测量了悬浮缺陷在非振荡冲击波(标准雷电波、标准操作波)、振荡冲击波(振荡操作波)和工频电压下的局部放电信号,提取并分析了悬浮缺陷在不同类型冲击电压波下的局部放电特征谱图,比较了冲击电压波形和工频电压对悬浮缺陷检测的灵敏性。研究结果表明,在非振荡冲击波和振荡冲击波作用下,悬浮缺陷放电稳定、重复性好,冲击电压波对悬浮缺陷的局部放电检测较有效;在不同试验阶段内,振荡冲击电压下的q-?散点图及N-?柱状图以及非振荡冲击电压下的q-Δt/Δu散点图和N-Δt/Δu柱状图的形貌特征差别较大,可作为表征GIS悬浮缺陷放电类型及放电严重程度的特征谱图;在三种冲击电压波形中,振荡操作冲击电压波形对缺陷检测灵敏度最高,是工频电压下悬浮缺陷局部放电起始电压的1.3倍。     

GIS局部放电信号检测中的数字滤波

研究了如何消除GIS局部放电检测中的干扰信号。主要方法包括:采用数字滤波器、自适应滤波器等,所得结论可供工程设计参考。     

超声波法在GIS局部放电检测中的应用

在概括对比GIS局部放电检测方法的基础上,结合对公司所辖变电站GIS设备开展的超声波局放测试情况,分析了毛刺、悬浮屏蔽、自有颗粒等缺陷的基本特征,给出了其典型图谱和经验判据,对现场工程人员具有相当的实用和参考价值。实践证明超声波法对带电巡检中的缺陷诊断具有较高的灵敏性和有效性,并可对缺陷进行精确定位,适合GIS设备短时的在线监测。     

现场用GIS冲击耐压试验及局部放电检测装置设计

国内外一些研究和实际运行经验发现,已通过工频局部放电检测的不少GIS试品在投入运行后不久依然出现绝缘类故障,因此针对GIS设备提出进行冲击耐受试验及其局部放电检测,以及时发现内部隐患,确保设备安全稳定运行。在充分调研现场GIS冲击耐压试验及其局部放电检测必要性的基础上,结合GIS设备冲击耐受试验条件,设计了一套便于现场试验时的局部放电检测装置,利用该装置对800kV断路器和750kV变电站GIS组进行了冲击耐压试验下局放检测,并对现场检测的抗干扰措施进行了探讨。试验结果证明了GIS冲击电压下局部放电检测的可行性,及局部放电检测装置的有效性。     

GIS局部放电外置超高频检测系统

研制了宽带和窄带两种超高频外置天线传感器,两种传感器增益均大于1,驻波比在其有效带宽范围内均小于2,均能用于GIS局部放电超高频检测。设计了高性能放大器和半分布参数超高频滤波器,工作频带为300～1000MHz,完全覆盖了两种传感器的工作频带。性能测试表明,传感器和滤波放大器性能优良,频率匹配,能满足超高频信号检测预处理的要求。通过对绝缘子表面金属污染缺陷产生的局部放电信号进行检测研究表明,超高频检测系统能够检测到超高频段微弱的局部放电信号,并能抑制低频段干扰,为后续模式识别的研究打下了基础。