GIS典型绝缘缺陷的局部放电机理（1）

局部放电是电场能以电荷积聚及电子运动的形式积累与释放的过程。长期的运行经验表明，GIs中引发局部放电的典型绝缘缺陷主要有自由金属微粒、金属突出物、绝缘子气隙、绝缘子表面金属污染物、悬浮电极等五种。本文在前人研究的基础上，详细分析这五种绝缘缺陷引起的局部放电的机理。

（1）自由金属微粒
电负性是指分子或原子捕获电子生成负离子的几率。作为一种强电负性气体，SF6具有明显捕捉自由电子而形成负离子并阻止放电形成的能力。GIS腔体中的金属微粒在外电场作用下会释放电子，成为带有正电荷的金属粒子，反过来又影响了GIS腔体内局部电场的分布，引起电场畸变。当电场畸变到一定程度时，电子就会从金属电极表面逸出，使SF6气体发生碰撞电离、热电离以及光致电离，在两电极间(相间或相对地)形成间歇或连续的局部放电通道。带有正电荷的粒子在强电场环境中受到洛沦兹力、库仑力以及电场梯度力的作用而向负极性电极移动。如果电场足够强，自由金属微粒获得的能量足够大，就完全有可能越过外壳和高压导体之间的间隙或移动到有损绝缘的地方。当金属微粒接近而未接触到高压导体时，更容易产生局部放电。自由金属微粒的另一影响是，当运动到绝缘子上而附着于绝缘子表面时，可能引发绝缘子沿面闪络，造成击穿。
    
在多次自由金属微粒局部放电检测试验中发现，当电压升高至起始电压以后，自由金属微粒产生持续的较为密集的局部放电，但在这个电压等级上待续一段时间以后，局部放电会变得越来越少，直至某一较为稳定的状态。根据这一现象可以发现，自由金属微粒在电场力的作用下会从高场强区向低场强区移动，即从电场畸变状态向电场均匀状态过渡。当进入低场强区以后，电场强度不足以使自由金属微粒继续移动，但此时它导致的电场畸变程度仍然可能产生局部放电，便会稳定在某一相对平衡的状态。

这种局部放电主要发生在工频电压正负半波峰值前的电压上升时刻，在正负极性电压下都可能发生，应该以流注与前驱先导放电为主要形式。

（2）金属突出物
金属突出物缺陷主要是指在GIS制造、装配或检修过程中在高压导体上的金属突起。在稳态交流电压下，在高压导体突出物附近形成高场强区，当电场强度达到SF6气体的击穿场强则发生近似尖板电极的电晕放电。电晕放电在一定程度上改善了间隙中的电场分布，使电场的不均匀程度得到削弱，因此在稳定的电晕放电状态下，不易引发电极间的贯通性击穿。但操作过电压、雷电过电压或快速暂态过电压(Very Fast TransientOvervoltage-VFTO)作用下，不但电场强度增大，而且电压变化梯度很大，放电通道可能会发展为贯通性击穿故障。金属突起在GIS内导体和外壳内壁均有可能出现，但由于GIS外壳的曲率半径比高压导体大，高压导体上的突起物更容易引发局部放电。

突出物在高压导体上时，局部放电主要发生在工频电压的负半周峰值附近；突出物在接地外壳上时，局部放电则主要发生在工频电压的正半周峰值附近。因此，相对于突出物电极来说，这种局部放电主要发生在负极性电压下，以电晕流注与茎先导放电为主要形式。