GIS绝缘子潜伏性表面缺陷机理和特性的研究

Gas insulated substation (GIS) is important equipment in power system. The surface insulation performance of GIS insulators is the key issue and is deeply concerned in GIS operation. Faults of the insulator surface flashover have been occurred with GIS in a notable chance, and the reasons for the faults are difficult to be found due to serious damage. In the development and application of the on-line detection of partial discharge in GIS, insulator surface defects are often simulated by stick metallic particles on the insulator surface, used for verifying the effectiveness of the on-line detection method. However, there is practically a rather low success rate of pre-warning of the surface flashover faults. A question is made in this project that there possibly exist some kind of surface insulation defects with the GIS insulators which are different from the ones having been widely investigated before, there is little understanding to their characteristics and behavior, and the current partial discharge on-line detection methods have poor ability to them. Test sample collection and experimental investigation will be performed to understand the latent surface insulation defects with their characteristics of partial discharges, low-light level radiation, electric potential distortion and surface charge accumulation. These knowledge is significant to GIS manufacturing, operating maintenance and safe operation.

气体绝缘组合电器GIS是电力系统中的重大设备，GIS绝缘子沿面绝缘特性是其的核心问题和重大关切。GIS运行中出现了较多的绝缘子沿面击穿故障，故障后难以有效分析故障原因，通常解释为绝缘子表面金属颗粒。在GIS局部放电在线检测中，采用在绝缘子表面设置金属颗粒来模拟表面缺陷，用于验证在线检测方法对绝缘子表面缺陷的有效性，但是，实际中，在线检测对绝缘子沿面闪络故障表现了较低的成功预警的能力。本项目提出，可能有一些GIS绝缘子表面缺陷，不同于已被关注的缺陷类型，其存在形式、产生机理和对电气特性的影响未被认识，也不能为目前的局部放电在线检测方法所有效检测。本项目拟建立试验研究条件和筛选试品，通过局部放电特性、微光辐射特性、表面电场畸变特性、表面电荷积累特性和表面材料物化特性的观测和研究，深入认识GIS绝缘子可能存在的潜伏性表面缺陷，以提高GIS的制造水平、运行维护水平和安全运行水平。

气体绝缘开关设备GIS（Gas Insulated Switchgear）是电力系统中的重大核心设备，在电力系统中大量使用。绝缘性能是GIS设备的关键，绝缘子表面绝缘是GIS绝缘性能的关键，是本领域的重大基础问题和严重关切。GIS设备的安全可靠性严重影响电力系统的安全运行。然而，近些年来， GIS在运行中发生绝缘击穿故障的案例时有报道，GIS绝缘性能成为了电力部门和GIS制造厂家深为关切的热点问题。目前对GIS绝缘子表面缺陷的认识还较为肤浅，对GIS运行中频繁出现的绝缘子沿面击穿的故障还难以给出充分的解释。深入和全面地认识GIS绝缘子表面缺陷的可能的存在形式和产生机理，认识它们的局部放电特性、电场畸变特性和电荷分布特性，认识它们导致绝缘子沿面击穿的机理，一方面可以帮助提高GIS绝缘子的制造水平，避免出现相关的表面缺陷；另一方面可以帮助完善GIS绝缘子表面缺陷的检测方法，及时发现运行中GIS的绝缘隐患，避免重大事故。在本项目中，建立GIS绝缘子局部放电试验检测装置，实现GIS绝缘子的高灵敏度脉冲电流法局部放电测量、高灵敏度UHF法局部放电测量、偶发局部放电脉冲的测量。通过大量筛选试验，获得了完好绝缘子的放电水平。利用粉尘法，研究了绝缘子表面打磨、划痕、金属颗粒等缺陷引起的电荷积累和电场畸变，打磨、划痕等不会引起电荷积累但会导致一定程度电场畸变，而表面金属颗粒会引起显著的表面电荷积累。试验研究GIS绝缘子表面微小金属颗粒的局部放电特性，获得了微小金属颗粒的微弱偶发局部放电特性。研究GIS绝缘子表面微金属颗粒引发闪络的特性与机理，虽然绝缘子表面微金属颗粒局部放电呈微弱偶发特性，但会引起绝缘子表面显著的电荷积累，进而导致电场畸变，并最终诱发闪络。通过氟化等表面处理技术，可以改变绝缘子表面物化特性，进而影响绝缘子表面电荷积累。