交流運行電壓下GIS中金屬顆粒運動行為及放電特征.pdf

1、金屬顆粒是GIS中最常見的缺陷，且顆粒在GIS內部自由運動是GIS的一個重大安全隱患，不僅是因為顆?？梢赃\動到高電場區(qū)域內或附著在絕緣子上，而且在運動過程中，顆?？赡軐﹄姌O產生微弱的放電，該放電可能引起絕緣的完全擊穿。為提高GIS內金屬顆粒檢測的有效性，減少金屬顆粒的危害，針對金屬顆粒已進行了相對較多研究，目前的研究主要集中在單一顆粒在典型平板下的運動規(guī)律及局部放電現象，而缺少在運行電壓下實際GIS同軸結構中的金屬顆粒運動行為及放電特征

2、的研究，現有的研究成果難以滿足實際工程的應用。為此，本文研究了運行電壓下實際GIS中不同類型金屬顆粒的運動行為、局部放電及危害程度。
　　為了研究顆粒的形狀（片狀顆粒、線形顆粒、球形顆粒、金屬粉塵）、尺寸對顆粒運動行為的影響，本文基于不同形狀、尺寸金屬顆粒的帶電量以及顆粒所受的庫侖力的計算，獲得了顆粒形狀、尺寸對顆粒帶電量和所受庫侖力的影響規(guī)律，提出了在運行電壓下不同類型金屬顆粒起始跳動的條件，并通過試驗研究了不同類型金屬顆粒的運

3、動行為。GIS運行電壓下平躺的線性顆粒起始跳動條件:鋁材質的線形顆粒半徑小于0.139mm、銅材質的線形顆粒半徑小于0.044mm、銀材質的線形顆粒半徑小于0.036mm。GIS運行電壓下平躺的片狀顆粒起始跳動條件:鋁材質的片狀顆粒厚度小于0.069mm、銅材質的片狀顆粒厚度小于0.022mm、銀材質的片狀顆粒厚度小于0.018mm。GIS運行電壓下球形顆粒起始跳動條件:鋁材質的球形顆粒半徑小于0.175mm、銅材質的球形顆粒半徑小于0

4、.052mm、銀材質的球形顆粒半徑小于0.044mm。金屬顆粒的運動行為主要有4種運動狀態(tài):靜止站立、小幅度跳動、大幅度跳動以及貫穿性跳動。其中片狀顆粒和線形顆粒在電場梯度力的作用下向電場較強的屏蔽環(huán)處運動，當金屬顆粒運動速度較慢且靠近絕緣子時，會靜止的附著在絕緣子上，而球形顆粒/金屬粉塵則傾向于向電場較弱的區(qū)域運動而難以附著在絕緣子上。
　　為了研究顆粒的數量對金屬顆粒運動行為的影響，本文試驗研究了高壓母線下不同數量的金屬顆粒的

5、運動行為，獲得了顆粒數量對不同形狀金屬顆粒起舉電壓的影響規(guī)律。線形顆粒的存在會造成電場的畸變，使得相鄰線形顆粒在相對較低的電壓下起舉站立，隨著相鄰線形顆粒數量的增加，線形顆粒的起舉電壓呈下降趨勢，而顆粒的數量對球形顆粒的起舉電壓則幾乎無影響。
　　為了研究顆粒端部曲率半徑的大小對顆粒運動行為的影響，本文對比分析了不同尖端曲率半徑的線形顆粒的運動行為，并揭示了顆粒端部對顆粒運動行為產生影響的原因。端部無電暈金屬顆粒隨著外施電壓的升高

6、，其運動行為主要經歷4種運動狀態(tài):靜止站立、小幅度跳動、大幅度跳動以及貫穿性跳動。而端部有電暈金屬顆粒，在起舉電壓下，曲率半徑較小端部率先站立，隨著外施電壓的升高，金屬顆粒仍進行小幅度跳動，不會出現大幅度跳動或貫穿性跳動，但顆粒端部旋轉擺動幅度變大。
　　研究了沖擊外力對金屬顆粒運動行為的影響，揭示了斷路器等開關動作引起GIS腔體的振動對顆粒運動行為產生影響的原因。在沖擊振動的作用下，線形顆粒出現一端向上偏轉，另一端與地電極接觸的

7、狀態(tài)，導致線形顆粒帶電量急劇增加，線形顆粒在庫侖力的作用下一直向上偏轉，直至顆粒垂直站立，沖擊外力的作用使得無害顆粒變?yōu)橛泻︻w粒。
　　以不同類型金屬顆粒的運動行為為基礎，獲得了不同運動狀態(tài)下金屬顆粒的局部放電特征，建立了金屬顆粒運動行為與局部放電的關系。在運行電壓下不同類型金屬顆粒的帶電量的不同、跳動速度、跳動頻率、跳動高度的差別造成顆粒放電量、放電脈沖簇寬度、放電脈沖個數的差異，金屬顆粒的數量會造成半個工頻周期內最大超聲個數的

8、差異，顆粒端部的曲率半徑會造成放電脈沖信號相位相關性的差異。通過以上放電特征的分析可以判斷出不同類型顆粒的運動行為。
　　研究了不同類型金屬顆粒（不同形狀、不同數量、不同尺寸）運動到GIS腔體不同位置（高壓母線、屏蔽環(huán)、絕緣子）時的擊穿，獲得了運行電壓下有害顆粒的類型。研究結果表明:金屬顆粒的貫穿性跳動與否和顆粒引發(fā)GIS的擊穿沒有必然的關系，在高壓母線及屏蔽環(huán)下的單個線形顆粒和片狀顆粒的自由跳動對GIS的危害性相對較小，而當線形

9、顆粒和片狀顆粒較多時，其危害性大大增加。當線形/片狀顆粒附著在絕緣子上時，顆粒的沿面放電引起了絕緣子的劣化，對GIS的危害性較大。而在運行電壓下由于自由運動的金屬粉塵和球形顆粒向遠離絕緣子處的電場較弱區(qū)域聚集，因此數量較少的金屬粉塵和球形顆粒對GIS絕緣危害性較?。妷荷吝\行電壓的兩倍仍未擊穿）。
　　建立了金屬顆粒運動行為、局部放電和危害程度間的關系，實現通過局部放電獲得金屬顆粒形狀、尺寸、數量的估算，提出了金屬顆粒危害程度的