GIS典型绝缘缺陷的局部放电机理（2）

接着上文我们继续介绍GIS典型绝缘缺陷的局部放电机理。

（3）绝缘子气隙
绝缘子气隙缺陷主要包括绝缘子内部气隙缺陷和绝缘子与高压导体交界面的间隙缺陷。绝缘子内部气隙缺陷通常很小，常常是一些在制造过程中形成但又很难检测到的缺陷，比如环氧树脂在固化过程中的收缩而出现的内部空隙。关于这种局部放电机理的解释较多，其主要表现形式为流注放电与沿气隙表面的沿面放电。随着生产工艺水平以及出厂试验要求的不断提高，绝缘子内部气隙出现的可能性很小。

另外，由于装配误差、导体的机械运动以及绝缘子与导体的热膨胀系数不同等原因，在导体与绝缘子之间可能产生间隙或层离，它的尺寸和整个高压导体电极及绝缘子的尺寸相比非常小，可以用平行板或同轴圆柱结构的电极来近似等效。在这个气隙或间隙处会积聚大量电荷，从而影响了局部电场分析，使此处的电场强度变为原来的ε倍，ε为绝缘子的相对介电常数，其数值约为3.5-6，从而可能引起局部放电。同时，积聚的电荷以及局部放电形成的正负电荷会在电场的作用下漂移到绝缘子表面，使绝缘子的沿面闪络电压下降。而且绝缘子表面电荷的极性会在电晕起始电压处发生翻转，从而使绝缘子的沿面闪络发生如下异常现象：①绝缘子闪络电压明显下降；②绝缘击穿时表现出极性效应，即正极性的冲击击穿电压小于负极性的冲击击穿电压，这与通常GIS中所采用的稍不均匀电场间隙的极性效应正好相反；③随着气压的增大，极性效应变得更加明显。GIS实际运行经验表明，这种绝缘缺陷也较为少见。

这种放电的主要表现形式为电晕、流注以及气隙的沿面放电，正负极性电压下都可能发生，但在负极性电压下更容易发生，严重时可能造成绝缘子的沿面闪络。

（4）绝缘子表面金属污染物
绝缘子的表面污染物缺陷可能是由于局部放电产生的分解物、金属微粒或者绝缘气体中过多的水气引起破坏导致的。在现场耐压及老炼试验时，闪络产生的树状放电痕迹在某种情况下也可以被视为绝缘表子表面缺陷。其中危害最大的金属微粒，在电场作用下运动并附着于绝缘子表面，导致大量表面电荷的形成，改变了表面电场分布，可能会导致局部放电。局部放电及金属微粒在固体绝缘子与气体界面上产生的法向分量上的电场，都会造成绝缘子表面电荷的进一步积聚。在外加电压与绝缘子积聚的表面电荷极性相反时，绝缘表面电场分布会严重畸变，使沿面闪络电压明显降低。另外，绝缘子表面的电荷积聚使“临界波头时间”向更短波头方向移动，表面电荷的存在使VFTO作用下沿面闪络电压大大降低，容易引起绝缘击穿事故。在过电压及VFTO作用下，绝缘子附着金属微粒不会在导致闪络击穿前出现局部放电等预兆现象，而是直接击穿。

这种局部放电的主要表现形式是以流注电晕以及前驱先导机理为主的沿面放电，在正负极性电压下均可能发生。

（5）悬浮电极
为了改善危险部位电场分布，GIS内部安装有若干屏蔽电极，其作用相当于空气绝缘中的均压环、均压罩。正常状态下，这些屏蔽电极与高压导体或接地外壳间的接触良好，但随着开关电器的操作产生的机械振动，以及随时间推移带来的热应力及老化，可能使一些在最初安装时接触良好的屏蔽体接触不良，从而形成悬浮电极。同时，屏蔽电极或导体连接点机械上的不良接触又会加剧因静电力引起的机械振动，从而进一步导致接触不良。SF6气体中的悬浮电极在外电场的作用下，会释放出电子，在其表面积聚正电荷。当接触电阻较小时，悬浮电极会从高压导体上捕获电子，使电场能得到释放；若接触电阻较大，电荷会越积累越多，进而导致电极附近的电场集中，电场强度增大，直至发生局部放电；若接触电阻很大，则可能会引起直接击穿。

多次试验发现，当悬浮电极的接触电阻很大时（如距离为0.13mm的SF6间隙或厚度为0.2mm的聚乙烯绝缘纸），并不会产生持续的局部放电，而是当电场强度增大到一定值时，引发直接击穿当接触电阻较小时(如靠锡铂纸的自重敷在高压导体上)，才会产生持续的局部放电。因此，悬浮电极局部放电的幅值、频次主要取决于接触电阻的大小。

这种局部放电以流注放电或流注直接击穿为主要表现形式。由于悬浮电极一般接近高压导体，故多发生在负极性电压下。

综上所述，GIS不同的绝缘缺陷所引发的局部放电机理不尽相同，其放电电流及其激发的电磁波也应该不同，从而为基于UHF PD包络信号的缺陷类型模式识别奠定了理论基础。