GIS發(fā)展綜述及內(nèi)部放電故障

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年05月08日 07:17

GIS

由于SF6氣體的優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能，在50年代，就替代了空氣成為了高壓電氣的主要絕緣介質(zhì)。隨著套氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，簡稱GIS)于60年代中期在美國誕生以來，高壓電器發(fā)生了質(zhì)的飛躍，同時為配電裝置帶來了一次革命。由于GIS設(shè)備具有占地面積少、元件全部密封、不受環(huán)境干擾、可靠性高、運行方便、檢修周期長、維護(hù)工作量少、安裝迅速、運行費用低等優(yōu)點，引起世界電力部門的普遍重視。40多年以來，GIS設(shè)備發(fā)展迅速，歐洲、美洲、中東的電力公司都規(guī)定配電裝置要采用GIS設(shè)備，在亞洲、非洲、澳洲的發(fā)達(dá)國家也基本上規(guī)定要采用GIS設(shè)備。國際大電網(wǎng)會議在1992年統(tǒng)計，各國己投入運行的GIS變電站近2000所。

我國的GIS設(shè)備研制工作起步于60年代，1971年我國研制成功110kV GIS設(shè)備并投入運行。自改革開放以來，我國大型的核電站、火電站、水電站、變電站先后都選用了GIS設(shè)備。例如：大亞灣、秦山核電站、四川二灘水電站、廣東沙角火電廠、三峽水電站的升壓變電站等都采用的GIS設(shè)備。自80年代開始，國產(chǎn)大型GIS設(shè)備也投入電網(wǎng)系統(tǒng)運行。GIS設(shè)備除了具有的技術(shù)性能外，其的優(yōu)點就是設(shè)備所占用的土地只有常規(guī)設(shè)備的15%-35%，對于我國節(jié)約土地的國策是非常有利的，十分符合我國國情。

隨著GIS運行年限的延長，其內(nèi)部絕緣的老化、異物等雜質(zhì)在開關(guān)操作振動和靜電力作用下移動等，會產(chǎn)生局部放電，以及斷路器正常開斷引起電弧放電，都可能會引起SF6分解。純凈的SF6氣體熱穩(wěn)定性強，加熱至500℃時都不會分解。因此，在GIS運行過程中，引起SF6氣體分解最主要的原因是放電故障。一般基于放電過程中釋放能量的多少分為三種放電形式：火花放電、電弧放電和電暈放電。GIS中放電故障如表所示。

①火花放電：主要發(fā)生在一些如GIS隔離開關(guān)的開關(guān)裝置中。該類故障主要是電容性故障，故障持續(xù)時間很短(通常為ms級)。GIS設(shè)備中每次火花放電的能量為10-1-102J，放電通道較電弧放電通道窄的多，發(fā)生放電的區(qū)域溫度很高。

②電弧放電：由斷路器開斷引起的電弧放電，其中心溫度可達(dá)20000℃，電弧電流大小從幾萬安到幾十萬安，電弧電流決定放電能量，范圍為105-107J。在高溫電弧作用下SF6分解產(chǎn)生等離子區(qū)，但隨著放電故障的消失快速復(fù)合。在水、金屬原子等雜質(zhì)影響下，會進(jìn)一步反應(yīng)，分解產(chǎn)物種類將會增加。此外，GIS運行故障也是引起電弧放電的原因之一，主要表現(xiàn)GIS主氣室內(nèi)發(fā)生短路故障時，類似于斷路器中的電弧放電，只是重復(fù)率低。

③局部放電：PD是指由于局部電場增強導(dǎo)致GIS中局部電氣擊穿的現(xiàn)象。交流場中為間歇性放電，這是由于放電過程中表面和空間電荷的累積會削弱局部場強，PD一般會自動熄滅。在GIS設(shè)備中引起PD的原因很多，主要有:懸浮電位，導(dǎo)體表面粗糙，自由導(dǎo)電微粒，及絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙等。在絕緣介質(zhì)的缺陷處常常產(chǎn)生PD，連續(xù)數(shù)月或數(shù)年持續(xù)發(fā)展下去便會引發(fā)絕緣故障。雖然一些PD不會引起設(shè)備絕緣水平的下降，但SF6分解產(chǎn)物的腐蝕和固體絕緣內(nèi)的電樹枝等都會導(dǎo)致故障發(fā)生。

GIS制造商提供的技術(shù)資料表明各開關(guān)氣室與主氣室是相互隔離的，PD主要發(fā)生在GIS主氣室內(nèi)，其它三種主要發(fā)生在各開關(guān)裝置中，因此內(nèi)部絕緣缺陷PD產(chǎn)生的分解氣體和因其它放電產(chǎn)生的分解氣體是相互獨立的。以此區(qū)分SF6放電分解組分的來源。

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