110 kV电压等级GIS实体缺陷设计及带电检测分析

唐祥玲

（国网四川省电力公司广元供电公司，四川 广元 628000）

1 110 kV电压等级GIS实体缺陷设计

1.1 110 kV电压等级GIS实体缺陷ANSYS仿真

为了符合实训基地的建设需求，人们对110 kV电压等级GIS潜伏性缺陷设计提出了更高的要求，其需要在正常运行的条件下长期稳定的存在，即110 kV电压等级GIS实体局部的放电量较为可观，但不会出现击穿的现象，并且缺陷设计具有较高的识别度[1]。

通过ANSYS仿真计算110 kV电压等级GIS实体的两种类型的缺陷设计的电场分布。其中，110 kV电压等级GIS实体金属尖端缺陷设计，上级板、下级板及金属尖端都是金属铝制造而成，上级板和下级板是直径21 cm的圆柱体，金属尖端曲率半径是0.07 mm，长度为6 cm，下级板和金属尖端相距3 cm。110 kV电压等级GIS实体悬浮电位缺陷设计，上电极和下电极也都是金属铝制作而成，悬浮电位体则是金属铜制作而成。其中靠近铜丝部位的电极是直径为3 cm的圆柱体，铜丝的直径为0.7 mm，长度为3 cm；下电极则是8 cm直径的圆柱体，上电极与铜丝之间的距离是0.7 mm，下电极与铜丝之间的距离则是8 mm。电极板的所有边缘都是倒圆角形，可使转角所产生的电场畸变减弱[2]。

经过ANSYS仿真计算得出的结果可知，若想确保110 kV电压等级GIS实体正常运行，需要将电压控制在63.5 kV，充装气压控制在0.4 MPa，加工频率控制在50 Hz。110 kV电压等级GIS实体金属尖端的缺陷设计的最大电场强度就集中在金属尖端的区域。110 kV电压等级GIS实体悬浮电位缺陷设计的最大电场强度则集中在铜丝和上电极之间的区域。

1.2 110 kV电压等级GIS实体缺陷设计的构建

ZF12B-126（L）型110 kV电压等级GIS的结构为三相共箱式。根据仿真计算可知，110 kV电压等级GIS实体尖端缺陷设计中，在三相高压导体上全部安装有材质为铝的金属尖端，导体和尖端顶部之间的距离为3 cm。在设计悬浮电位缺陷时，选择使用了直径为0.7 mm、长度为30 mm的细铜丝，高压导体与细铜丝之间的距离为0.7 mm[3]。将充装气压控制在0.4 MPa，水分含量控制在110 μL/L，上下浮动10 μL/L，随后施加50 Hz的三相频率、63.5 kV的交流电压，后对110 kV电压等级GIS实体缺陷的放电特性进行准确测量和深入分析。

2 110 kV电压等级GIS实体缺陷设计带电检测

在110 kV电压等级GIS实体缺陷设计带电检测试验中，分别将110 kV电压等级GIS尖端电位缺陷和悬浮电位缺陷安装在处于不同气室的母线段内，并利用刀闸对其进行控制。这就可以将110 kV电压等级GIS实体缺陷设计分为三种不同的状态，分别是仅尖端缺陷、仅悬浮电位缺陷以及复合缺陷。将DMS超高频局部放电检测系统、UHF传感器安装在110 kV电压等级GIS母线罐体的不同位置，以测量110 kV电压等级GIS实体内局部的放电特性。

2.1 传感器的安装

110 kV电压等级GIS实体内存在一些绝缘子，部分绝缘子带有金属铝环，可以通过在110 kV电压等级GIS实体内安装传感器的方式将超高频信号收集起来。安装内置传感器的主要优势在于受外界信号干扰较小，但也存在一定的缺点，即设计加工成本偏高。在还未将金属铝环安装在盆式绝缘子时，可以利用外置的传感器将通过绝缘子泄露在外的超高频信号采集在一起[4]。安装外置传感器的主要优势在于该种测量属于非侵入式测量，测量更加方便，其缺点主要是噪声偏大。将相同的悬浮电位缺陷，通过传感器不同位置的安装来测量在线单周期谱图。对比两者的在线单周期谱图测量结果可知，两者特征峰值的测量结果相同，但是在外界电磁干扰的影响下，外置传感器对结果的识别可能会存在一定的误差。所以，在深入分析后期测量结果时，采集的超高频信号都是由内置传感器采集的信号。此外，110 kV电压等级GIS实体内置悬浮电位缺陷在运行的过程中，将方电源的位置与外置传感器之间的距离进行合理调整。在正确的测量方式下，对110 kV电压等级GIS实体进行研究和分析，可知UHF信号辐值法的测量结果与传感器和方电源之间距离的变化没有比较明显的关系。

2.2 不同类型的缺陷，其局部放电特性不同

110 kV电压等级GIS实体缺陷设计主要包括尖端、悬浮电位，其局部放电特性有所不同，如表1所示。

表1 尖端、悬浮电位缺陷的局部放电特性

将尖端缺陷、悬浮电位缺陷同时接入，升压时可以明显地看到110 kV电压等级GIS实体由单类缺陷逐渐的向复合缺陷转变。不管是脉冲出现的位置，还是脉冲幅值和重复率，尖端缺陷和悬浮电位缺陷的局部放电特性表现均有所不同。

2.3 不同气压下的局部放电特性

为了进一步分析和研究不同气压对110 kV电压等级GIS实体缺陷局部放电特性的影响，做了0.1、0.2、0.3、0.4 MPa以及0.5 MPa充装气压下，金属尖端缺陷局部放电熄灭电压、起始电压以及基础电压的试验。同时对这些不同起始电压的尖端缺陷缓慢加压，直到放电信号逐渐稳定，将不同充装气压下的UHF谱图记录下来。

分析和研究金属尖端缺陷放电特性与气压之间的关系可知，熄灭电压和起始电压十分接近，并且都会随着气压的不断升高而不断增大。击穿电压则呈现出像驼峰一样形状的曲线，在0.2 MPa处击穿电压达到峰值，随后开始逐渐下降。气压增高后，分子的密度增大，起晕后一些分子在电离的作用下，成为正离子，而密度相对较小时，这些正离子会逐渐扩散，形成一层空间电荷，相当于正电极的曲率半径扩大。因此，这些正离子的存在可以使电场变得均匀[5]。但是如果分子的密度较高，这些正离子的扩散就会受到一定的阻碍，会在电晕层的头部大量聚集，电晕层头部的电场会有所增强，所以这时击穿电压呈现出下降的趋势。

3 结 论

利用ANSYS仿真计算得出了110 kV电压等级GIS实体正常运行下，金属尖端缺陷和悬浮电位缺陷设计的参数。利用传感器的不同安装位置采集和测量了超高频信号，将传感器安装在内部时，其测量的结果很少会受到环境噪声的干扰，但是识别结果准确度较高；将传感器安装在外部，在测量和使用上比较便捷。不管是将传感器安装在何种位置，对所测得的信号特性并不会造成明显的影响。此外，对金属尖端缺陷与气压的关系进行试验可知，在气压不断升高的情况下，间隙起始电压和熄灭电压比较接近，并且随之增高，而击穿电压则呈现出驼峰形曲线。