- 頭條氣體絕緣開關表面金屬異物檢測的新方法2020-12-20 作者：張連根 路士杰 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）、中國電力科學研究院高電壓研究所的研究人員張連根、路士杰、李成榕、崔博源、吳昱怡，在2019年第18期《電工技術學報》上撰文指出（論文標題為“氣體絕緣開關中表面金屬異物長期局部放電稀疏性特征的觀測”），氣體絕緣開關（GIS）絕緣故障統計數據顯示，表面金屬異物缺陷在絕緣故障中占比最高，而工程中通過局部放電手段檢測到的缺陷多為絕緣件氣隙和懸浮放電，少有表面金屬異物案例，兩者之間的不一致，說明了當前的現場局部放電檢測方法對金屬異物表面缺陷檢測的有效性有待研究。 為此，本文設計GIS絕緣子表面金屬異物缺陷，施加恒定電壓，基于全實時特高頻信號檢測系統，研究模型放電的長期發展過程，揭示表面金屬異物在長期發展階段中稀疏性特征，即放電區間分散度大、間隔跨度自數秒至數小時不等。 提出有效放電捕捉概率Pe和有效圖譜捕捉概率PG兩項評估參數，通過Pe、PG曲線，給出了現有的GIS設備在線監測裝置對放電事件捕捉成功率較小（僅有3.4%），以及帶電檢測得到有效圖譜概率較低（僅有6.5%）的事實。在此基礎上，提出加強實時采集系統推廣和延長檢測時長等提高放電檢出率的方法。
局部放電既是電氣設備絕緣劣化的主要征兆，又是造成絕緣劣化的關鍵性因素。據統計，截止2015年全國已安裝特高頻局部放電監測系統1000余套，傳感器安裝總量超過8萬個。局部放電狀態檢測已經成為氣體絕緣開關（Gas Insulated Switch, GIS）等高壓電力設備最重要的一項運維手段。
國家電網公司運維檢修部2010～2013年電網設備狀態檢測典型案例匯編，GIS設備42例故障統計中，絕緣故障占9例，其中5例故障解體后均發現絕緣子表面有金屬異物殘留。南方電網公司2013年高壓開關運行情況及典型故障分析中，發生絕緣類故障有9起，其中4起均為金屬異物附著在絕緣子表面導致的閃絡。
案例統計說明，表面金屬異物附著引起的絕緣故障在GIS設備絕緣故障中占比非常可觀，而近年來的在線監測工程實踐表明，通過局部放電特高頻檢測手段在現場檢出的GIS缺陷案例，多數屬于絕緣件氣隙和懸浮放電，而少有表面金屬異物放電案例。
故障案例統計結果與現場局部放電檢出結果之間的不一致，說明當前現場所用的局部放電特高頻檢測策略對于表面金屬異物檢測的有效性存在可疑處。對于GIS表面金屬異物，在長期放電發展過程中，當前局部放電帶電檢測或在線監測手段能否有效檢出，已經成為困擾電網運檢部門的瓶頸問題。
為此，本文設計了GIS絕緣子表面金屬鋁條的缺陷模型，長時間施加恒定電壓，基于全實時長記錄采集系統對模型放電的特高頻信號進行了長期不間斷記錄，揭示了表面金屬異物缺陷在恒壓應力下的長期放電現象和特征。分析了GIS設備現場局部放電檢測裝置和檢測流程對表面金屬異物檢出的不足之處，提出了提高檢測有效性的方法。
圖1 測試回路示意圖
圖2 實驗腔體側視圖
圖3 實驗模型設置
結論
1）GIS絕緣子表面金屬異物缺陷在長期恒壓條件下會出現稀疏放電現象，有效放電時間占比僅有4.3%，且放電區間間隔不固定，分散性大，間隔時間自數秒至數小時不等，應加強特高頻實時采集系統的現場推廣，提高對稀疏偶發放電的捕捉能力。
2）當前工程現場局部放電特高頻在線監測和帶電檢測策略，缺乏對表面金屬異物缺陷稀疏放電特征的考慮，導致兩種運維方式對表面金屬異物缺陷檢出率低。在線監測的檢測策略（1s內有10次放電記為有效事件）對放電事件捕捉成功率僅有3.4%，帶電檢測所規定的30s統計時間內，形成有效圖譜概率PG僅有6.5%。
3）針對在線監測系統，應延長放電事件判斷的統計時長，統計時長在210s時，放電事件捕捉概率可提高至75%。針對帶電檢測方式，延長帶電檢測時間為50s時，放電事件捕捉概率可提高至49.68%，并且提高對稀疏性放電的重視，對發現的稀疏性放電點，應重點檢測，延長該點測試時間至30min，有效圖譜測試概率PG可提高至75%。
4）缺陷尺寸對長周期放電特性的影響中，對放電起始階段的放電特征（持續時間、放電次數）影響較大，而對放電發展階段的放電特征（te、ts、tz區間占比、Pe與PG）影響幅度較小。絕緣子表面金屬顆粒在長周期放電中呈現的稀疏性特征受顆粒尺寸影響較小。
