GIS典型放电条件下SF_(6)气体分解产物与故障能量和故障类型对应关系研究

通过研究在GIS内部金属突出物、自由导电微粒、绝缘子表面污秽和绝缘子外气隙四种典型局部放电故障模型下SF_(6)气体分解产物与故障能量、故障类型三者间的关系。提出利用SO_(2)F_(2)、SOF_(2)、SO_(2)、CF_(4)、CO_(2)5种SF_(6)气体分解的典型特征故障气体的种类、比值判断GIS故障类型的方法,提出利用有效产气速率R_(RMS)与每秒平均放电量Q_(SEC)关系来判断放电程度及故障类型的方法。4种故障缺陷模型下,SOF_(2)都是检测到的主要分解产物。在相同放电电压下,4种故障缺陷模型中生成的气体总量顺序是,金属突出物>绝缘子表面污秽>自由导电颗粒>绝缘子外气隙,产生气体总量大小与施加电压大小成正比。相同故障能量下,金属突出物各特征气体产生的速率最快。CO_(2)和CF_(4)气体的占比大小可以反应故障是否涉及固体绝缘介质。     

气体绝缘开关设备内部故障下的SF_6气体分解产物特性研究

气体绝缘开关设备长期运行出现电弧、局部放电和过热等内部故障,产生多种SF_6气体分解产物,影响设备安全运行,因此,有必要研究设备故障下的SF_6气体分解产物特性,及时判断设备故障类型。从理论上分析开关设备在电弧放电、局部放电和异常发热情形下的SF_6气体分解机理,并开展电弧、局部放电和过热下的分解产物试验研究,对不同故障下的分解产物分布进行统计,提出以特征组分含量比值为特征参量,得到各故障模式下的特征参量范围,建立分解产物与设备故障的关系,为运行开关设备内部故障类型判断提供依据。     

±800kV特高压直流分压器内部故障的SF6分解物测试特性

SF_6分解物测试是判断SF_6绝缘设备内部放电故障有效的方法。笔者在对一起直流分压器故障的分析过程中发现,SF_6气体分析未能正确反映第一次跳闸时内部已经出现的放电故障。后对直流分压器进行解体发现,由于其内部电容器气室为单独密封设计,造成电容器内部放电故障产生的SF_6分解物未能在直流分压器取气口测出,以致不能正确判断设备健康状况。文中建议进行SF_6分解物测试必须清楚了解设备内部气路构成,并对在运的直流分压器故障诊断提出方案,对制造厂在直流分压器内部设计提出改进建议。     

SF6分解产物产生机理和影响因素研究

针对GIS盆式绝缘子不同缺陷、GIS内部绝缘件裂纹和沿面放电、硅填料盆式绝缘子在稳态电流下的异常发热、绝缘件微粒放电四种情况下会产生分解产物问题,详细介绍了 SF6分解产物特征组分的特点,并分析了局部放电缺陷和异常发热缺陷时分解产物的产生机理,最后研究了局部放电缺陷、异常发热缺陷、吸附剂对分解产物的影响.对开关设备内部...     

模拟SF_6环网柜气室局部放电分解特性研究

为了检测SF_6气体绝缘环网柜气室内部的局部放电故障,文中采用组分分析法研究SF_6局放放电的分解产物。通过针—板电极模拟SF_6气体绝缘环网柜气室金属突出物缺陷,实验研究了不同放电量的局部放电SF_6分解产物以及分解特性。通过施加4种电压等级来产生不同的放电强度,采集样气并用色谱质谱(GC/MS)检测分解组分。结果表明:在模拟气室中局部放电会使SF_6气体绝缘介质分解生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等4种稳定组分。在相同放电强度下,这4种分解组分的体积分数随着时间不断增加,并呈现饱和的趋势;在相同放电时间内,4种分解组分体积分数随放电量增大而增加,并呈现不同的规律。根据以上研究建立了分解组分产气均方根速率与放电量之间的对应关系,即可根据SF_6气体分解特征组分的产气速率推断出气室中放电量的范围,为组分分析法应用于SF_6气体绝缘环网柜提供了依据。     

SF_6分解产物测试在高压直流套管状态诊断与分析中的应用

文中完善了带电状态下的SF_6气体监测手段,在设备带电状态下开展SF_6气体的现场分解物测试,并结合离线气相色谱检测手段对SF_6高压直流套管开展长期的运行监测。在电气试验未发现套管缺陷的情况下,文中通过SF_6气体分解物监测手段及时地发现了内部缺陷并发出预警。套管在更换后返厂解体,发现套管内表面分布有大量固体粉末并存在明显的高温过热痕迹,验证了SF_6分解产物监测手段在设备状态诊断中的有效性及可靠性。     

高压SF_6气体绝缘组合电器放电故障模式智能识别

变电站各类运行事故中气体绝缘组合电器(gas insulated switch-gear, GIS)故障占较大比重,亟需提高GIS绝缘缺陷故障类型诊断的成功率。为此,研制了高压SF_6气体绝缘组合电器缺陷模拟装置,该装置由SF_6气室、固体绝缘件、缺陷模拟装置、观察与测量装置4部分构成,其中缺陷装置可有效模拟自由金属颗粒放电、尖端放电、悬浮放电和气隙放电这4种典型绝缘缺陷;进一步提出了一种联合模糊迭代自组织数据分析算法(iterative selforganizing data analysis techniques algorithm, ISODATA)和蚁群算法的人工智能分类方法,并通过粒子群算法对以上算法进行结构参数优化。针对高压SF_6气体绝缘组合电器现场应用的结果表明:提出的缺陷类型诊断方法可依据SF_6典型微量分解气体种类及含量对故障模式进行智能判定,且研制的缺陷模拟装置硬件平台可有效采集原始分类数据形成缺陷样本数据库;提出的人工智能分类算法易于编程实现,可用于实际工程中绝缘缺陷类型诊断与评估,绝缘缺陷故障类型诊断成功率为93.3%。研究结果有助于检测SF_6绝缘设备的早期潜伏故障,对于高压SF_6气体绝缘组合电器故障诊断及其模式识别具有一定的理论指导价值。     

500 kV SF6电流互感器内部放电原因分析

分析一起500 kV SF_6气体绝缘电流互感器由于盆式绝缘子质量缺陷导致的内部放电故障,介绍该电流互感器的结构特性,推断内部放电故障发展过程,并从设备制造、试验维护、在线监测等方面提出防范此类事故的措施。     

电弧作用下SF_6分解固体产物的实验研究

SF_6气体绝缘电气设备发生电弧性放电故障后,设备内部故障处会产生大量的SF_6分解固体产物。为了研究查明SF_6分解固体产物对于SF_6绝缘电气设备工作运行的影响,开展电弧作用下SF_6分解固体产物的实验研究是必要的。文中研究了SF_6气体在不同金属电极、不同压强情况下SF_6分解固体产物的生成特性,明确了SF_6气体在不同金属电极反应生成的固体产物的组成成分,定量分析了SF_6分解固体产物质量和放电能量的关系。     

国内文摘与专利

正基于SF_6分解产物融合判断的GIS绝缘劣化趋势划分/王先培;肖伟;胡明字;等/高电压技术,2016(6)为实现用SF_6气体分解产物来诊断和砰估气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)绝缘状态,必须寻找出恰当的特征参量,建立气体分解组分与GIS绝缘劣化的判断法则。为此构建了SF_6气体放电分解平台,做针-板缺陷下长期持续性放电分解实验以模拟GIS绝缘劣化全过程。选取SO_2F_2、SOF_2、SO_2、     

SF_6气体分解产物检测技术在开关类设备状态诊断中的应用

为了准确诊断SF_6开关类设备内部是否存在故障及故障的性质,研究SF_6电气设备在发生故障时,SF_6气体的分解原理及产物,以判断电气设备内部发生故障的类型。笔者通过全过程参与甘肃电网330 kV及以上开关类设备SF_6气体成分检测,分析了两起在检测过程中断路器的SF_6气体成分异常情况,通过解体,验证了设备存在缺陷或故障。因此,SF_6气体分解产物测试技术在开关类设备状态诊断方面具有广阔的应用前景。     

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。     

一起220 kV GIS母线支柱绝缘子故障定位与分析

针对一起220 kV母线支柱绝缘子内部放电击穿故障,进行了定位和故障原因分析。通过分析SF_6气体分解产物,确定了故障气室;通过绝缘子电气、机械、片析等试验分析,判断本次绝缘子运行中放电故障原因为绝缘子在运输或装配过程中产生应力集中缺陷,在长时间运行电压作用下微弱局部放电逐步累积使绝缘子缺陷扩大,最终导致放电击穿。对GIS设备运维检修工作提出建议,以避免此类事故再次发生。     

充气式直流穿墙套管负极性直流局放SF_6分解特性与放电类型识别

为获取和掌握SF_6在充气式直流穿墙套管典型绝缘缺陷负极性直流局部放电(partial discharge, PD)作用下的分解特性,为将来进行绝缘故障诊断和严重程度评估做准备,根据直流充气式直流穿墙套管内部常见的故障类型建立了4个典型绝缘缺陷模型,并在SF_6直流PD分解实验平台上进行了大量实验。结果表明:在4种典型绝缘缺陷引起的负极性直流局部放电作用下,SF_6分解为5种稳定成分,即CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2及SO_2,其含量(体积分数)、有效产气速率及不同分解组分的含量比值均与PD类型有一定的相关性。使用逆传播(backpropagation, BP)神经网络识别PD类型,结果表明,相比SF_6分解组分含量,其含量比值更适合作为特征量用于PD类型识别,且能够取得良好的识别效果。     

252 kV GIS盆式绝缘子沿面缺陷下SF6分解产物变化规律研究

为了模拟运行工况GIS绝缘子沿面缺陷下的潜伏性和突发性故障,分析实际运行设备中SF_6气体的分解特性,搭建了252 kV真型GIS故障仿真实验平台,并在此基础上构建了SF_6气体分解产物检测系统。对盆式绝缘子发生局部放电和闪络情况下SF_6分解产物的连续变化进行监测。结果表明:在GIS盆式绝缘子沿面缺陷的短时连续监测过程中,并未发现含硫分解产物的产生。CO_2、CF_4含量在局部放电时均未有明显变化,且在发生多次闪络击穿后,两者的含量增加了7～10倍,可将其作为绝缘子沿面突发性故障的判断依据。在局部放电产生后,C_2F_6含量明显增加,但受放电强度的影响较小,而停止放电后其含量迅速降低,可以将其作为绝缘子沿面潜伏性故障的判断依据。CO含量在放电过程中变化较大,没有明显规律,可以将其作为绝缘子沿面放电缺陷的辅助判据。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

GIS中盆式绝缘子沿面放电的新特征气体CS_2

盆式绝缘子沿面放电是气体绝缘组合电器(GIS)的主要绝缘故障形式。为监测盆式绝缘子的绝缘状况,研究GIS内环氧树脂固体绝缘介质发生沿面放电情况下SF6特征分解产物的变化规律,在小型模拟平台上试验发现,CS2是盆式绝缘子沿面放电时SF6气体生成的产物,并在110 k V GIS母线段实体绝缘子沿面放电试验中得到验证。用B3P86量子化学理论计算方法,得出了SF6在盆式绝缘子沿面放电条件下CS2的产生途径和能量条件。试验与理论计算结果表明,盆式绝缘子等固体绝缘介质发生沿面放电时GIS的内部发生复杂的化学反应,会有多种途径生成CS2,且由盆式绝缘子等环氧树脂介质表面炭化后提供碳源。CS2是一种可用于GIS中盆式绝缘子沿面放电故障诊断的特征气体。将CS2作为特征气体应用于生产实际检测,成功发现多起运行中的GIS涉及盆式绝缘子沿面放电导致绝缘损坏的潜伏性缺陷。     

基于故障树分析方法的GIS支持绝缘子故障分析

针对现有基于缺陷类型建立的气体绝缘金属封闭开关(GIS)故障树存在现场故障分析指导不足的缺点,文中通过对大量GIS故障案例分析,提出按照GIS中各类电气设备的故障机理建立故障树模型,在此基础上对发生的一起GIS支持绝缘子击穿故障进行全面分析,并提出加强同型号组合电器局部放电、SF_6气体组分、红外热像等带电检测,加强GIS设备元件尤其支持绝缘子的质量监督,加强GIS设备的出厂和交接试验管理等防范措施,从而保证设备安全稳定运行。     

SF6气体绝缘设备局部放电分解特征组分三角形诊断法

以SF₆为绝缘介质的全封闭式组合电器(GIS)已广泛应用于电力系统。由于金属微粒、绝缘子缺陷等,可能引发设备发生局部放电,甚至造成停电事故。为及时、有效辨识设备内部局部放电故障类型,本文在积累的大量SF₆局部放电分解特征组分数据的基础上,提取出表征典型局部放电故障特征的分解特征组分,采用“故障数据分布密度”标准差最小化的原则来确定反映故障状态的主要特征量权重,最终建立了针对SF₆气体绝缘设备局部放电的三角形诊断法,实现了典型局部放电故障的诊断。通过已有实验和现场数据,对该方法的诊断准确性进行测试,结果表明该方法可以有效识别局部放电故障并精确区分其放电类型,诊断准确率可达90%。     

基于声光联合法发现的GIS内部绝缘子裂纹引起的局部放电缺陷

首先阐述气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated switchgear, GIS)局部放电带电检测的现状，然后介绍一起应用超声波、特高频等带电检测技术发现的GIS内部支撑绝缘子裂纹引起的局部放电缺陷案例。综合分析该缺陷的超声波、特高频信号特征以及SF₆分解物测试结果，对缺陷进行精确定位。经解体检查以及绝缘件返厂完成局部放电和X光探测检查，发现异常局部放电信号是GIS内部某绝缘件上的微小裂纹引起的。最后结合该案例，对GIS局部放电带电检测技术提出相关建议。