GIS中典型绝缘缺陷模拟及局部放电信号特征分析

王康宁，王天正，闫 杰，金 虎

（1、山西省电力公司电力科学研究院，山西太原，030001；2、华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室，河北保定，071003）

0 引言

气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear，GIS）以其占地面积小、不受大气影响、可靠性高等的优良性能在电力系统中的使用日益广泛，然而，GIS内部会出现由于绝缘缺陷引起的局部放电（partial discharge，PD），PD长时间发展会导致GIS绝缘损害，对PD进行检测显得尤为重要。文章通过在GIS实验腔体中设置典型的绝缘缺陷，采用脉冲电流法和超声波检测法对其局部放电信号进行了检测，得到了典型的信号特征，对GIS局部放电的进一步研究有着一定的参考意义。

1 典型绝缘缺陷模拟

图1 典型绝缘缺陷模型Fig.1 Typical insulation defect models

高压导体金属尖刺，采用直径2mm铝丝模拟高压导体金属尖刺放电，铝丝距离GIS外壳6cm。

绝缘子表面金属颗粒，采用长度为2cm，直径2mm的铝丝，用胶带固定在绝缘子表面；

外壳金属尖刺，采用直径1mm的铝丝，距离高压导体2cm。

2 放电信号分析

1） 高压导体金属尖刺

图2 实验信号Fig.2 The experiment signals

从上面的图中可以看出，放电首先发生在正半波峰值附近的下降沿，随着电压的升高，在负半波的峰值处开始放电，进一步升高电压，正半波峰值处开始放电，出现两个波峰，放电正负半波不对称，负半波放电较小。同时放电量在几百pC范围内，且放电较为密集，成簇状。放电起始电压为40kV，击穿电压为110kV。

当放电量为400pC时，对应的超声波信号幅值为20mV，超声波信号与50Hz或者100Hz具有相关性，且正负半波幅值相差不大，超声波信号能量集中在低频段，以30kHz传感器为例，信号集中在15和20kHz附近，且随着放电量的增加，频谱特性没有明显的变化。

2） 绝缘子表面金属颗粒

图3 实验信号Fig.3 The experiment signal

放电脉冲清晰，脉冲的幅值、相位、脉冲之间的时间间隔、放电次数稳定、规律。放电的相位在工频电压的上升沿，且正负半周幅值接近，随着电压的升高，放电次数增加，但是放电幅值变化不大。

当放电量为600pC时，对应的超声波信号幅值约为100mV，超声波信号与100Hz具有相关性，且负半周幅值大于正半周。

3） 外壳金属尖刺

图4 实验信号Fig.4 The experiment signal

放电量较小，放电脉冲比较密集，放电首先发生在正半周，但是随着电压的升高直至击穿，负半周的放电都很不明显，放电的相位在工频电压的正半波峰值处，随着电压的升高，放电次数增加，放电幅值增大。

当放电量为100pC时，对应的超声波信号幅值约为5mV，对应的超声波信号较小，超声波信号与50Hz具有相关性，放电集中在正半周峰值处。

3 结论

通过模拟了高压导体尖刺、盆式绝缘子表面金属颗粒和外壳尖刺3种典型的绝缘缺陷，采用脉冲电流法和超声波检测法对其产生的局部放电信号进行了检测，得到了相应的信号特性，对现场应用起到了一定的指导意义。

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