振荡冲击激励下SF6气体局部放电的形成机制及诊断方法研究

The insulation defects caused by manufacture, transportation and installation seriously affect the safety of GIS. The AC withstanding test and AC PD test in field play the important role in checking the whole insulation condition and partial defects of GIS, but they can hardly detect the abnormal field defects such as metal protrusion and particle. It has been proved that the oscillating impulse voltages (OIVs) have advantages in exciting PDs at the abnormal field defects. PD under OIVs may be a very effective approach for insulation diagnosis. However, until now the PD characteristic and mechanism under OIVs have remain elusive and corresponding diagnosis method is also not quite ripe yet. This program aims at revealing the PD characteristics of the defects metal protrusion and particle on insulator under standard oscillating lightning and oscillating switching impulses. Based on measurements of width band current pulse, light pulse, discharge pattern, displacement energy injection and distributed charge, the variation of external PD features with changing experimental condition will be obtained. And then the driving mechanisms of PDs under OIVs will be investigated by simulation analysis on the influences of displacement energy injection and charge memory effect in PD propagation. Based on above studies, the correlated feature parameters and their distribution range which can represent the insulation condition will be summarized to provide the fundamental principles for PD diagnosis under OIVs.

GIS设备由制造、运输和安装造成的绝缘缺陷威胁其运行安全。现场交流耐压及局部放电试验对检验GIS整体绝缘和局部性缺陷发挥了重要作用，但其对检测金属尖端或异物类缺陷具有局限性。研究表明，振荡冲击电压能够有效激发此类缺陷产生局部放电，振荡冲击局部放电试验或将成为GIS现场绝缘评估的一种有力手段。然而，振荡冲击下局放特性和机理研究较为缺乏，绝缘诊断方法还不成熟。本项目以SF6中金属尖端和绝缘子表面金属颗粒为试验对象，研究其在标准振荡雷电和振荡操作冲击下的局部放电特性。首先通过宽频带脉冲电流、光脉冲、放电形态、位移能量和分布电荷测量，研究放电特征在不同条件下的变化规律；然后通过仿真分析位移注入和电荷记忆效应在放电中的影响机制，揭示振荡冲击下SF6局部放电微观驱动机理。在此基础上，归纳总结能够反映绝缘异常状态的局部放电关联特征参数和其分布范围，为振荡冲击下局部放电诊断的实际应用提供实践和理论依据。

GIS设备由制造、运输和安装造成的绝缘缺陷威胁其运行安全。现场交流耐压及局部放电试验对检验GIS整体绝缘和局部性缺陷发挥了重要作用，但其对检测金属尖端或异物类缺陷具有局限性。研究表明，振荡冲击电压能够有效激发此类缺陷产生局部放电，振荡冲击局部放电试验可作为GIS现场绝缘评估的一种有力手段。本项目首先建立了较为完善的振荡冲击下局部放电基础特性的测量与分析方法，对振荡冲击激励下局部放电发生发展机制进行了试验和仿真研究，并提出基于振荡冲击局部放电检测的绝缘诊断方法研究。本研究获得的重要结论和科学意义如下：.1）通过放电回路参数的数值计算，采用特殊结构的电极优化设计了GHz射频级局放测量回路，明确了放电过程中迁移电流特征与内部物理过程的对应关系，以及不同激励下的放电模式转变机制；从分析结果来看，施加时间尺度的减少或电压上升率的提高能够使得放电在同一通道内持续发生，在振荡雷电电压下更易由流注放电转变为先导，且击穿并非一定发生在振荡周期的峰值附近；振荡型冲击相比双指数型冲击更有利于促使先导击穿的发生。.2）基于PIC-MCC法获得了放电发展过程中的外回路的电子电流、离子电流和总电流，得到了带电粒子的时空演化过程。由于电子的迁移速度比离子的迁移速度大两个数量级左右，在0-10ns时间内，主要是电子的倍增与消散过程；而在10ns-200ns的时间尺度上，主要为离子的迁移和扩散过程。相比操作冲击下的放电电荷流通半径，振荡雷电冲击下的半径更大，分布更为弥散，说明振荡冲击有清散电荷，恢复电场的作用。.3）试验对包含IEC脉冲电流法、高频电流传感器（HFCT）、超高频法（UHF）、声测法（AE）及光电探测法在内的局部放电检测手段在冲击激励下的应用方法进行试验研究，获得了不同方法的灵敏性和适用性，为冲击电压下的局部放电测量提供了参考和依据。