清华大学丁登伟等：局部放电检测特高频法对GIS绝缘子亚毫米裂纹缺陷的灵敏度分析

2022-12-16分类：电力资讯 / 电力科技来源：

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READING文章导读《Investigation of sensitivity of the ultra-high frequency partial discharge detection technology for micro-crack in epoxy insulator in GIS》（点击阅读原文）

题目：局部放电检测特高频法对GIS绝缘子亚毫米裂纹缺陷的灵敏度分析

作者：程江荣，徐洋，丁登伟，刘卫东

内容整理自《High Voltage》2020年第5卷第6期

1研究背景

局部放电检测特高频法（UHF法）是设备绝缘状态诊断的一种有效手段，其凭借较高的灵敏度和优良的抗干扰特性，近些年得到了广泛的研究和应用。以往针对GIS中局部放电的研究，主要基于各种人工模拟缺陷，研究结果表明这些放电均可有效地被UHF法检测。然而在实际中，我们发现GIS绝缘子中存在某些缺陷，并不能有效地被常规UHF法检测。本文重点关注一种存在于绝缘子中的亚毫米量级裂缝缺陷，研究了其放电特性及放电机理，这对于完善对UHF法的认知，完备GIS中不同缺陷局部放电特性有着积极的意义。

2试验样品及缺陷

图1给出了试验绝缘子在0.1 mm高分辨率下的CT扫描图，可以看出，该绝缘子下金属嵌件与环氧绝缘体间接触不紧密，存在宽约0.1 mm-0.2 mm的亚毫米量级的裂缝缺陷。

图1 试验绝缘子0.1mm高分辨率X-CT扫描图像

试验电路

本文试验电路如图2所示，通过检测阻抗Z1和Z2构造平衡式的脉冲电流法，以实现对缺陷放电的精确识别，该设计一方面保证了足够高的检测灵敏度，另一方面可有效区分缺陷放电和外部干扰，该方法最低可检测到0.1 pC 的放电。此外，系统对称的布置了2个GIS手孔，一个用于常规UHF法，检测频带为250 MHz-800 MHz；另一个用于测量宽频带电磁信号（RF法），测量频带为30 MHz-800 MHz。两组测量系统仅检测频带不同，检测灵敏度均相同。

图2 试验电路示意图

4试验结果

试验得到的典型结果如图3所示，根据脉冲电流的幅值和相位关系可知，放电发生在GIS绝缘子中，且常规UHF法不能有效测到放电信号，而RF法可以捕捉到放电信号，初步说明该缺陷放电产生的电磁信号频率较低。图4给出了RF法测得的电磁信号频谱，可以直观地看出该放电产生的电磁信号频率低于150 MHz，故常规UHF法无法有效检测该放电。图5给出了该缺陷放电的PRPS图，可以看出该放电存在一定的极性效应，不同于以往GIS中气体间隙放电，该放电的放电重复率较低，仅为90左右。

图3 典型放电波形

图4 放电产生的电磁波信号频谱

图5 放电PRPS图

5理论分析

该间隙放电的特性与以往气体间隙放电特性有较大差别，我们认为这可能与该缺陷中的间隙内气压较低或接近真空有关。在图6给出了试验电压下绝缘子的静电场分布的仿真结果，可以看出间隙中电场场强较大，最大甚至可达6 MV/m。如此高的场强可以导致强场发射现象的发生，由于间隙内气压极低，故不会产生激烈的碰撞电离形成电子崩，放电以辉光放电为主。由于辉光放电的发展和击穿速度均慢于汤逊放电或流注放电，故该放电激发产生的电磁波频率也相对较低，从而使得传统UHF法无法有效检测到该放电。此外，本文以DBD模型为基础对放电过程进行了理论建模并对部分放电特性进行了理论解释，放电过程如图7所示。

(a)整体电场分布

(b)间隙附近局部电场分布

图6 试验绝缘子试验电压下静电场分布

图7 基于DBD模型的放电过程图示

6结论

本文研究了一种存在于GIS绝缘子中的亚毫米量级裂缝缺陷的放电特性，同时，针对实验结果尝试给出了理论解释。试验表明，在GIS中存在一些之前较少关注的缺陷类型，常规UHF法对其存在灵敏度不足的问题。因此，仅依靠常规的UHF法无法对GIS中各类缺陷均做出有效预警，GIS局部放电监测技术有待进一步完善。

文章信息

Cheng Jiangrong， Xu Yang， Ding Dengwei， Liu Weidong. Investigation of sensitivity of the ultra-high frequency partial-discharge detection technology for micro-crack in epoxy insulator in GIS， High Voltage. ， vol. 5. no 6， Dec. 2020: 697-703.

作者及团队简介

本文通讯作者：丁登伟，男，博士，主要从事智能电力设备状态监测与智能诊断技术研究，包括基于多维物理感知的电力设备状态监测及故障诊断技术，输变电设备全电压和全电流超宽频测量与抑制防护关键技术。

本文作者团队成员来源于清华大学电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室设备智能化分室。主要研究领域包括电力系统设备的绝缘检测技术，故障预测与诊断，状态评估；SF₆断路器开断特性；电力系统操作暂态的测量、分析和抑制等。近年来，该团队完成了多个国家，省和电网企业的研究项目。