近年来我国电力事业持续高速发展,同时城市化进程的推进使得土地资源的供需矛盾凸显,传统的敞开式变电站己经难以在城市电网中应用,因此紧凑结构的GIS获得了广泛的应用。由于GIS的特殊结构,业内普遍认为它是免修设备,然而随着应用增多及时间的推移,GIS依然出现了不少的故障。据统计调查,GIS故障造成的损失会随着电压等级的增大而增大,同时其维修成本也越高,绝缘故障占比例最高达到57.3% ,机械故障次之达到18.1%,其中,导电微粒在整个绝缘故障中约占20%,另外故障也多见于固体绝缘,主要是绝缘子及浇注式树脂绝缘缺陷。
GIS设备产生绝缘缺陷机理复杂、原因繁多,小编总结其中常见的绝缘缺陷类型如下:金属突起类缺陷、异物及自由微粒缺陷、悬浮电位缺陷、绝缘子类缺陷、SF6气体混有水蒸气等。
(1)金属突起类缺陷
根据金属尖刺位置的不同,可分为高压导体尖刺和外壳尖刺,由于金属尖刺的曲率半径小,容易导致局部场强过高,从而造成电晕放电。在工频电压下,金属尖刺在电晕放电的过程中,一般会随着放电而慢慢烧蚀钝化,最终放电逐渐减弱甚至消失,故此类绝缘缺陷在工频运行电压下造成内部击穿的概率较小,但是在快速暂态过电压下,其造成的危害较为严重。
(2)异物及自由微粒缺陷
这种缺陷较为常见,主要包括在生产工艺控制不到位导致在GIS腔体内一六金属碎屑以及GIS开关动作过程中产生的金属碎屑。在工频运行电压作用下,金属微粒可能产生跳动、移位等动作,自由金属颗粒在跳动后下落的过程中,局部放电较易发生,另外还可能形成导电通道,严重时会导致GIS内部击穿。局部放电的初始电压以及放电量与充气压力及金属颗粒大小和气压密切相关。
(3)悬浮电位缺陷
GIS内部采用了大量的屏蔽电极,主要作用是改善GIS内部的电场分布,使之更加均匀,在运行初期,屏蔽电极与导体间的接触一般是比较好的,但是随着开关动作等引起的振动作用,连接部位可能出现松动,则会形成这种缺陷,这种缺陷下的放电比较明显,此时产生的超声脉冲发生是不均匀、不连续的。
(4)绝缘子类缺陷
绝缘子类缺陷一般有两种,绝缘子内部缺陷和绝缘子表面的赃污缺陷。绝缘子内部缺陷主要是在生产工艺控制不佳造成的,而且这种内部缺陷通常都比较微小,出厂时很难被检测到,另外,由于硅橡胶在固化阶段的收缩以及环氧树脂和电极是不同的材料,不同的热膨胀系数等因素最终也可能在绝缘子内部形成微小空隙,除此之外,由装配误差以及GIS运行中的机械振动也可能导致绝缘子损伤,从而产生气隙及裂纹缺陷。绝缘子表面脏污缺陷主要来源于生产及运输过程,如果绝缘子表面将这些污染物吸附住,微粒附近可能引起电荷积累,长期的放电会导致绝缘子劣化,出现电树枝,从而破坏盆式绝缘子本体,最终导致其损坏。
(5)SF6气体混有水蒸气
有研究表明:在GIS设备内部SF6气体混入其它少量绝缘性能强的气体(如氮气)非但不会降低,反而会提高SF6气体绝缘性能的作用,但混入的气体是水蒸气,则会造成其绝缘性能的劣化。在温度上升的过程中,有可能导致GIS内部的杂质物质存在于混在水蒸气凝露里,当附着在盆子表面时,肯定会影响盆式绝缘子表面的绝缘特性,造成绝缘性能的降低。