振荡型冲击电压下SF6气体的放电特性及击穿机理研究

Oscillating impulse voltage is the waveform of GIS on-site impulse withstand test. Complementary to the AC withstand voltage test, the potential insulation defects inside the GIS can be more fully detected. In this research, the electric field distribution of large-scale and quasi-uniform electric fields superimposed partial nonuniform electric field produced by defects in the actual GIS is the research object. The discharge characteristics and breakdown mechanism of SF6 gas excited by the oscillating impulse voltage are studied. The similarities and differences of discharge characteristics under the oscillating impulse voltage and double exponential impulse voltage are compared. The influence rules of voltage waveform parameters and oscillation to the partial discharge and breakdown characteristics are handled. The relationship between waveform parameters and defect detection sensitivity is proposed. The mathematical physics model based on "effective electron-streamer corona-step leader-leader breakdown" is established. The influence rules of the waveform oscillation to the statistical delay and formation delay process are studied. The relationship between micro-breakdown process and macro discharge characteristics are established. The breakdown mechanism of SF6 gas under oscillating impulse voltage is revealed. The purpose of this project is to study the discharge characteristics of SF6 gas under oscillating impulse voltage, reveal the discharge mechanism, and provide guidance for the detection and analysis of defects in GIS on site impulse test.

振荡型冲击电压是GIS现场冲击耐压试验用波形，与工频耐压试验互补可更全面检测出GIS内部潜在的绝缘缺陷。本项目以实际GIS中存在缺陷时产生的大尺度稍不均匀电场叠加局部极不均匀电场分布为研究对象，研究振荡型冲击电压激励下SF6气体的放电特性和击穿机理，比较振荡型冲击电压与双指数冲击电压作用下放电特性的异同，掌握电压波形参数和振荡特征对其局部放电和击穿检测量的影响规律，提出波形参数与缺陷检出灵敏性之间的对应关系；构建振荡型冲击电压下“有效电子-流注电晕-步进先导-先导击穿”的数学物理模型，研究波形振荡特性对放电统计时延和形成时延的影响规律，建立微观击穿过程与宏观放电特性之间的内在关系，揭示振荡型冲击电压下SF6气体的击穿机理。本项目旨在研究振荡型冲击电压作用下SF6气体的放电特性，揭示其放电机理，为GIS现场冲击耐压试验时的缺陷检测和分析提供指导。

气体绝缘组合电器（GIS）在电力系统应用广泛，对电网的安全运行起着至关重要的作用，为保证其可靠性，现场组装完成之后，进行交流耐压试验并测量局部放电。冲击电压试验和交流电压试验对缺陷发现的灵敏性不同，有必要在现场进行冲击耐压试验作为交流耐压试验的重要补充。振荡型冲击电压波形是现场试验的试验波形，本项目针对SF6中典型的尖端缺陷，试验研究其在振荡雷电冲击电压下击穿特性，并与双指数下击穿特性进行对比，分析电压波形参数对击穿特性的影响规律，进而建立定量描述振荡雷电冲击电压下尖端放电的数学物理模型，最终获得不同参数雷电冲击对SF6中尖端缺陷检测的等效性及有效性。.依据IEC 60060-3标准设计搭建冲击电压GIS击穿试验平台，平台产生4种振荡雷电冲击和2种双指数雷电冲击，设计制作了4种长度尖端缺陷，并布置在363kV实体GIS高压导杆上。试验研究了雷电冲击电压下不同尖端缺陷击穿特性，结果表明50%击穿电压随着波前时间的增大先降低后升高，随着尖端长度的减小，极性效应减弱；振荡雷电下，击穿集中在外施电压各波峰附近，波前时间越短，正负极性伏秒特性差异越明显，但差异随着尖端长度的减短而减小；振荡、双指数雷电下50%击穿电压差异极小，伏秒特性则差异明显，表现为振荡雷电下击穿点更分散、放电时延更大，这主要体现在负极性下。.建立了基于步进先导模型的振荡型冲击电压下SF6气体的击穿数学模型，给出了统计时延、流注电晕起始、先导发展的计算方法，并充分考虑了空间电荷的影响，实现了对局放起始电压、50%击穿电压和伏秒特性的预测。.通过Weibull函数计算击穿概率分布，进而从击穿概率的角度研究了不同参数雷电冲击之间等效性，结果表明对于尖端缺陷的检测，当包络线参数一致时，振荡雷电和双指数雷电是等效的。不同参数雷电冲击之间则通过波形转换系数K进行等效，波前时间由1.2μs增大至15μs时，K先降低后升高，取值范围为0.99~1.2。.利用放电模型，预测不同长度和曲率半径尖端缺陷击穿场强，最终分析不同参数雷电冲击检测尖端缺陷的有效性，并用检测有效区进行表示。当波前时间不超过4μs时，可保证检测有效性不低于标准雷电，所能检测尖端缺陷的极限长度为1.6mm，而10μs和15μs雷电下分别为2mm和2.2mm。为了保证现场耐压试验的有效性，应控制雷电冲击波前时间，此外，还可提高试验电压幅值以提高耐压试验有效性