GIS设备击穿放电定位技术研究与现场应用

GIS设备击穿放电定位技术研究与现场应用

库敖展 廉海涛 宗营营

平高集团营销中心，河南 平顶山 467001

摘要：电压互感器（PT）是 GIS 中必不可少的关键元件之一，作为变电站日常运行中的一种重要设备，专门用作电压变换的特种变压器，可将电力系统的高电压按比例关系变换成标准二次电压，所提供的实时电压检测值，供电力系统的电气测量和电气保护使用。PT 又是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种检测元件，随着我国电力事业的蓬勃发展，对其性能提出了更高的要求，如果 PT 的绝缘性能发生故障，将引起 PT 放电，造成一次或二次绕组击穿，引发继电保护动作，使得 PT 退出运行，电力线路停运。为提高 PT 质量，减少击穿故障发生，本文总结已经遇到的故障类型，研究分析产生主要因素，在生产制造使用中，制定相应措施，供行业参考实施。

关键词：电压互感器；击穿；故障分析；谐振

为减少 GIS 用电压互感器运行中发生的击穿放电故障，确保其安全运行，针对击穿故障进行分类，分析研究在生产制造过程及运输、现场运行时产生故障的原因，制定相应的预防措施，使电压互感器产品质量显著提高。

1电压互感器工作原理

电压互感器在正常工作条件下，其二次电压实质上与一次电压成正比，在连接方向正确时，二次电压对一次电压的相位差接近于零，电压互感器的一次绕组并联接与电力线路，线路中的电压就是互感器的一次电压，二次绕组外部回路接有测量仪器、仪表或继电保护、自动控制装置等。根据电力线路的电压等级，PT 的一次、二次绕组之间需要设置足够的绝缘，以保证所有低压设备与高电压相隔离。

2电压互感器击穿放电类型及分析

2.1油类污染引起的击穿放电

电压互感器（PT）在现场安装时，由于抽真空处 理过程，未严格按操作规程进行，导致真空泵油倒流，进入 PT 气室之中，造成气室之中屏蔽罩，或者PT 线圈等沾染油污，运行前期，由于真空泵油作为绝缘油一种，可视作绝缘物，但随着 PT 气室中，一次高压作用，产生局部放电，导致绝缘油碳化，即绝缘油在高电压作用下分子链分解断裂，形成碳化物，在屏蔽罩或者 PT 线圈上，形成黑色附着层，形成放电通道，致使 PT 产生放电击穿。因此，无论在 PT 的生产厂家，还是安装现场，抽真空处理时，必须严格按标准操作规程进行，并进行实际记录，一旦发生可能的真空泵油倒流，PT 产品必须按规定进行解体检查，重新进行处理；同时，对抽真空所使用机组，仅可能采用防止真空油倒流的控制装置，避免对 PT 气室形成危害。

2.2铁芯夹带异物引起的击穿放电

电压互感器在现场运行，安装方式处于倒装状态时，由于其运输、生产过程处于正立状态，由于产品在装配过程当中，不小心带入异物，夹杂在铁心或器身某个部位，当产品带电运行后，在电磁场作用下铁心等产生微小的震动，由于产品倒装，导致异物掉落。异物在掉落的过程中，飘落于间隙距离最小之处（即高压导体与低压躯壳拔口处电场最不均匀的地方，电场产生局部畸变，高压导体对躯壳产生放电， 放电产物喷溅后，导致 SF6 气体被污染，之后可能引起线圈外侧的均压屏蔽对躯壳放电、一次线圈沿面放电、绝缘盆子表面的一系列不规则的贯穿性放电等故障现象。针对上述原因引起的故障，要求在 PT 铁芯进行叠装之前，每片硅钢铁芯要求使用无水酒精进行清洁擦拭，方可进行叠装，而且叠装时需要使用叠装专用工装，防止由于摩擦产生金属粉末，夹带于硅钢铁芯之中，随铁芯装配而进入 PT 气室中，在 PT 后期运行引发故障。

2.3气室中微水引起的击穿放电

电压互感器（PT）的二次线圈，由于其绕线匝数高达数万匝，线圈层间所用聚酯薄膜绝缘材料，漆包线表面绝缘漆，铁芯硅钢片表面的油漆，以及 PT 躯壳内表面的油漆等，由于这些材料表面均为高分子材料，其表面极易吸附空气中的微量水分子，如果 PT 线圈，在装配前未严格按工艺文件要求进行加热除潮工序处理，则容易夹带部分水分进入 PT 气室之中， PT 运行过程中，由于高压线圈内部温度较高，其中的微量水分，随即散发于 PT 气室中，如果此时，在 PT 气室中，存在部分零部件的尖角、毛刺等缺陷，在高电压的作用下，会产生局部放电现象，气室中作为绝缘介质的六氟化硫气体可能发生分解，这些分解物与水发生化学反应，形成具有腐蚀性能的氢氟酸、硫酸等， 对聚酯薄膜、铝导体等零部件产生腐蚀，从而引发短路故障，在短路大电流作用下，瞬间产生大量热量，引起绝缘材料气化变质，形成絮状、粉状、氧化状等损坏形态。

2.4杂质引起的击穿放电

电压互感器（PT）在现场发生放电击穿事故后，PT 线圈、环氧浇注绝缘子、安装线圈底板、躯壳之上均布满粉尘，以及放电击穿所产生的痕迹，明显可见发生故障的产品内部，其运行状态堪忧。对电压互感器整体装配过程分析研究之后，提出为防止装配过程中引入灰尘等异物，要求定期检测电压互感器装配环境洁净度、定期更换试验用六氟化硫气体、对产品密封面按工艺文件要求涂覆密

封胶、对进入装配前的涂覆了防锈油脂的零部件必须进行清洗烘干等，从而在避免装配阶段灰尘、异物引入，以及产品安装后，雨水、微尘等从密封面缝隙渗入产品内部。

2.5铁磁谐振引起的击穿放电

在电力系统中有许多铁心电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、消弧线圈和并联补偿电抗器等，这些元件大部分为非线性电感元件，它能和系统中的电容元件组成许多复杂的振荡回路，在某种大的扰动或操作作用下，非线性电感元件可能进入饱和区，从而与线路和设备电容形成特殊的单相或三相共振回路，激发起持续的较高幅值的过电压或过电流，即铁磁谐振。电压互感器发生铁磁谐振时，其中的过电压有可能不高，但过电流很大，可达几十倍过电流，导致电压互感器高压线圈匝绝缘严重损坏，最严重情况下能使电压互感器爆炸。发生铁磁谐振时，形成谐振过电压，同时伴随有较大的过电流，加之谐振持续时间很长，会在产品内部产生高温，导致线包内部固化胶体融化，使线包固定失效，产生位移，最终导致放电，放电污染了 SF6 气体绝缘介质，造成了产品的进一步放电，主要是发生铁磁谐振所引起。为增强 PT 防铁磁谐振变形能力，首先，PT 一次和二次绕组应选取优质铜导线且导线截面要尽可能大，以增强产品耐受过电流的能力；另外，要求对紧固螺钉按工艺要求的紧固力矩紧固；特殊螺钉涂覆紧固胶紧固；运输期间使用冲装记录仪记录运输过程是否产生过量冲击，使得 PT 产品在运行过程中， 其薄弱环节发生损坏，以增强防铁磁谐振变形能力等。

3GIS设备击穿放电定位技术研究与现场应用

为减少上述故障现象发生，针对各种成因分析之后，总结出电压互感器生产过程中必须严格控制的因素为：

（1）电压互感器装配中抽真空工序，需按工艺文件规定执行，同时填写相应抽真空记录；

（2）电压互感器装配所涉及的各种零部件，需进行清洗、清理，按规定使用装配工装；

（3）所用一次线圈、二次线圈，严格执行加热烘干工艺；

（4）定期检测电压互感器装配环境洁净度、定期更换试验用六氟化硫气体、对产品密封面按工艺文件要求涂覆密封胶等；

（5）PT 绕组选取优质铜导线且导线截面尽可能大，对紧固螺钉按工艺要求的紧固力矩紧固，特殊螺钉涂覆紧固胶紧固，运输期间使用冲击记录仪记录运输过程是否产生过量冲击等，增强防铁磁谐振变形能力。

4结束语

通过对多起电压互感器故障分析，确定引发故障的主要原因，针对该类型故障提出应对措施，在此后产品生产过程中，加强过程控制，减少事故发生率，提高产品质量。

参考文献：

[1]严璋，朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]肖耀荣，高祖绵.互感器原理与设计基础[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.

[3]时德钢，刘晔，张丽平，等.高电压等级电压互感器综述[J].变压器，2003，40（6）：11-14.

[4]杨育京，王飞，张永涛.1100kVGIS 用罐式电磁式电压互感器研制[J]. 电力电容器与无功补偿，2017，38（6）：60-63．