8.1  GIS的局部放电

8.1.1  GIS的局部放电特点

    GIS (Gas Insulated Switchgear)是封闭式气体绝缘组合电器的简称。其绝缘系统的特点是在一个金属封闭体内充满SF6气体，用环氧浇注的绝缘子，把载流导体支撑在外壳上。由于GIS内工作场强很高，就可能产生下述几种局部放电。

    (1) 载流导体表面缺陷，如有毛刺、尖角、设计不合格、导体表面的电场强度过高等，均会引起的局部放电。由于导体周围全是气体所包围，所以这种局部放电又可称为电晕。

    (2) 绝缘体与导体的交界面上存在气隙，这种气隙可能是在产品制造时残留的，也可能是在使用中热胀冷缩形成的。气隙中分配的场强度，而气隙本身的击穿场强又低，于是在气隙中首先产生放电。

    (3) 浇注绝缘体中的缺陷，如气泡、裂纹等所产生的局部放电。

    (4) SF6中导电微粒的强电场下产生的局部放电。

图8.1为上述几种放电的示意图。对于上述几种放电，用电测法测量时，在示波器50Hz扫描椭圆时基上，可以看不同的放电图形，如图8.2所示。图8.2a是导体表现有缺陷的放电，这种放电都出现在试验电压(工频交流)负半周峰值()附近。放电脉冲幅值和间隔几乎相等；图8.2b是绝缘体内部的局部放电图，放电是出现在电压绝对值上升的相位中，正负半周都有，而且基本相同；图8.2c是导体与绝缘体界面的放电图，它与图8.2b基本相同，只是电压的正负半周放电图形不对称；图8.2d是SF6中导电粒子造成的放电，它与电压的相位无关，是随机地跳跃出现在不同的相位上，而且幅值比较大，放电次数不多。

图8.1  GIS中几种局部放电的示意图

a)电晕；b) 绝缘体内部放电；c) 导体与绝缘体界面放电；d)SF6中导电粒子放电

图8.2  GIS中几种放电图形

    上述各种局部放电，都可能导致整个GIS损坏。在绝缘体中的局部放电会腐蚀绝缘材料，会发展成电树枝，最后导致绝缘击穿，表8.1表示这一破坏过程。

表8.1  绝缘破坏过程

    为了保证GIS的产品质量和安全运行，必须进行局部放电的测量，我国(GB7674-87)《SF6封闭式组合电器》国家标准中规定，要在1.1和1.1（为试品的额定工作电压）进行局部放电的测量，目前尚未能在标准中做出规定，允许局部放电的水平，而是由制造厂可能达到的水平与用户商定。为了控制产品质量，在生产过程中要对绝缘子单独预先进行局部放电的测量，对110kV绝缘子的放电量，国内工厂一般控制在不超过10pC，引进绝缘子的放电量不超过1pC。

8.1.2 电测法测量GIS的局部放电

    目前GIS中局部放电的测量，主要是用电测法。在实验室内进行测量时，一般都采用并联直测法的试验线路，如图8.3所示。在现场测量中，如果从高压端来的干扰比较严重，可用平衡法测试回路，这时，对于三相的GIS，可取其中两相同时进行测量，以抑制外来的干扰。

图8.3  GIS局部放电测试的基本线路

C—耦合电容器；Zm—检测阻抗；D—测试仪；L—电抗器

    测试方法按GB7354-87《局部放电测量》国家标准有关规定。测量的灵敏度要求比较高，可测量小放电量应不大于1pC。图8.4是浇注环氧树指内部人工气隙放电产生的脉冲电压波形。随着环氧树脂中增添填充剂和人工气隙尺寸的增大，这种放电脉冲上升和下降都变得比较缓慢，但上升时间还是在ns数量级。GIS中其他形式的放电，如电晕、杂质粒子的放电，高频分量就更多。为了抑制外界的干扰(上百MHz的干扰是很少的)，提高信噪比，取超高频宽度测试系统是比较合适的。

图8.4  浇注环氧树脂中气隙放电产生的脉冲电压波形

（a）无填料气隙直径1.5mm；（b） 有填料气隙直径4mm

图8.5  绝缘子局部放电检测装置

在GIS中，局部放电发生在绝缘子内的机率很大，因此在生产过程中要先测量绝缘子的局部放电。图8.5是测量绝缘子局部放电的线路与装置。试品、耦合电容器、高压试验变压器等高压部件都装在充满SF6的罐子中。试品可同时装进5~10个这样的罐子中，通过测量切换装置，可以分别测量单个试品的局部放电。局部放电侧试仪的频带为40~2000kHz。补偿电抗器是用以补偿容性负载以减小设备的容量。LC滤波器是为了滤掉从电源来的高频分量的干扰。在此装置中，各试品的高压端是连接在一起的，高压端对地及对切换装置的接头都有杂散电容，因此，在被试绝缘子领近的绝缘子中的放电信号，也会进入测试仪器，不过这些杂散电容比耦合电容要小得多，这种影响只有在领近绝缘子有很强烈的放电时，才应予以校正。

为了能识别在GIS中不同类型的放电和确定放电的位置，近年来国内外正在研制各种计算机辅助的局部放电检测系统，这个系统的硬件能采集到每个局部放电产生脉冲的大小、各次放电时试验电压的相位及瞬时值、试验电压的峰值、从开始到结束的测量时间(用工频周期数表示)，并通过A/D转换，变为数字量进入计算机。这种系统的软件功能是对采集的数据进行统计计算和分析，识别是何种放电以及可能的放电位置。识别的方法是先在GIS中人工造成不同位置上、不同类型的放电，测得这些放电的放电电荷、放电能量、放电相位、两次放电间的时间间隔等参数的统计量及其分布，以此模式与实际试验中测得的这些统计量和分布进行比较，从而得出放电的类型及可能的放电位置。

8.2 互感器局部放电测试方法

8.2.1 电压互感器局部放电测试

电压互感器的结构和一般变压器的结构相类似，但它的线圈匝数很多，绕线匝数紧凑，层间电容较大，局部放电脉冲很大一部分将通过层间电容传播到测试阻抗上，这是它的特点。电压互感器的加压方式分为直接加压和感应加压两种。

一、电压互感器高压线圈首末端绝缘水平不等

(1) 外施直接加压方式

    由于试验电压高于其最大工作电压，电源频率一般采用150~250Hz。外施直接加压(高压励磁)的测试回路如图8.6所示。图8.6(a)中的测试阻抗将承受全部的高压励磁电流，测试阻抗要考虑能够通过相应的励磁电流。在图8.6(a)中，往往可以将耦合电容器省略，而以杂散电容作为耦合电容，同样可以得到足够的灵敏度。

 (a) 串联测试加回路；                        (b) 并联测试回路

图8.6  电压互感器外施直接加压测试回路

    (2) 感应加压方式

    感应加压时，要随时注意低压线圈的励磁电流，此电流不能超过低压线圈的允许电流。

感应加压的电源频率一般采用150~250Hz。感应加压的测试回路如图8.7所示。在采用8.7(a)测试回路时，同样可以省略而以杂散电容作为耦合电容。

应该注意的是：外施直接加压时，低压线圈首末两端不允许短路；感应加压时，高、低压线圈首末两端亦均不允许短路。

（a）串联测试回路                  （b）并联测试回路

图8.7  电压互感器感就加下测试回路

二、电压互感器高压线圈首末两端绝缘水平相等

    低电压等级的电压互感器采用这种绝缘结构的较多。相对相电压互感器的局部放电测试回路与相对地电压互感器的测试回路与图8.6、8.7相同。但当向一个高压端施加电压时，应将另一高压端接到一个低压线圈端部，如此交替两次试验。

如只测试主绝缘，可与低压电流互感器的试验线路相同，如图8.10所示。

三、电压互感器的校正方法

    电压互感器有分布参数的特点，但它的校正方法仍然按集中参数元件的基本原理考虑，即校正回路应加在被试品两端为原则，其校正回路如图8.8、8.9所示。刻度系数K的计算和以前相同，即

                                      (8.1)

(a) 串测并校；                        (b) 并测并校

图8.8  外施直接加压时的校正方法

(a) 串测并校；                      (b) 并测并校

图8.9  感应加压时的校正回路

8.2.2 电流互感器局部放电测试

    电流互感器的一次、二次线圈匝数较少，可视为集中参数元件。从绝缘结构上来看，电流互感器分高压电流互感器和低压电流互感器两类。高压电流互感器的一次线圈的主绝缘都用金属屏来均衡电压，而末屏由导线引出作为测屏用。低压电流互感器则无此金属屏。电流互感器局部放电测试回路如图8.10、8.11所示。

在实际测量中，往往耦合电容器省略，用杂散电容作为耦合电容，其测试回路加图8.12所示。在这种测试回路中，可不必在高压引线上装设滤波器，则试验变压器本身的电容也可利用作为耦合电容。图8.12测试回路特别适用于高压等级(如220kV、550kV)的电流、电压互感器的局部放电测量。

校正方法如图8.11、8.12中的虚线部分所示。刻度系数的计算和前相同。

图8.10  低压电流互感器局部放电测试回路

(a) 串联测试回路；                                    (b) 并联测试回路

图8.11  高电流互感器局部放电测试回路

图8.12 省略的测试回路

8.2.3 试验程序和允许放电水平

    电压、电流互感器的局部放电试验程序和允许放电水平，按国际标准IEC44-4文件中所规定的有关内容简介如下：

    试验程序和允许放电水平见表8.1中的规定。

    允许放电水平的选用值在表8.1中列出。这些值是从经验中得来，可在本成合理的前提下保证产品相当可靠。

表8.1允许放电水平规定

      *——只有在制造厂与用户协商后，才能按此电压施加。下载本文