何兴隆
国网重庆市电力公司经济技术研究院 401120
摘要：本文主要结合国网重庆市电力公司经济技术研究院对于110kV电压等级GIS实体技术研究的要求，分析了110kV电压等级GIS实体的缺陷设计以及带电检测方式，得出相应的局部放电特性，希望可以为相关人员提供一定的参考。
关键词：带电检测；缺陷设计；悬浮电位
引言：现阶段，GIS由于本身具有的高可靠性运行优势而被广泛应用。但是，GIS的结构并不利于故障检测工作的进行，很多潜在故障并不能及时被检测人员发现，对此可以进行缺陷设计进行实际的带电检测，促进其在设计过程中就可以将其进行改进，从而从源头上降低故障发生的可能性。
1110kV电压等级GIS实体的缺陷设计
1.1缺陷ANSYS仿真
在110kV电压等级GIS实体的缺陷设计上，首先需要利用ANSYS仿真计算其主要两种设计形式的电场分布，即主要悬浮电位缺陷和尖端缺陷。用金属铝材料制作其金属较短和上下级板，各种参数情况为：21cm直径的上下级板；0.07mm的金属尖端相距，其长度为6cm，和下级板相距3cm。此外，在悬浮电位体的设计上，选择金属铜的制作材料，其各种参数情况为：直径0.7mm、长度30mm的铜丝；在下电极的圆柱体直径为8cm；铜丝距离上电极0.7mm、距离下电极为8mm；上电极和铜丝相近的圆柱体直径为3cm。保证倒圆角形的电极板边缘，从而减弱由转角引发的电场畸变。将设计通过ANSYS仿真计算得出以下结论：想要正常运行110kV电压等级GIS实体应当保持63.5kV的电压、0.4MPa的充装气压以及50Hz的加工频率。同时，其最大电场强度经过其缺陷设计部位的侧重点主要集中在金属尖端部位，而在悬浮电位的出现区域则是上级电和铜丝之间。
1.2构建实体缺陷
采用三相结构的110kV电压等级GIS，通过具体的仿真计算等流程可以得出，其高压导体上都有金属铝的金属尖端，各导体和金属尖端顶部的距离基本都是3cm。在悬浮电位缺陷的设计上采用0.7mm直径、3cm长度的细铜丝，保证距离高压导体0.7mm。此外，进行其运行的各种要素控制，如根据仿真计算结果保持0.4MPa左右的充装气压、110μL/L的水分含量，其水分含量浮动的范围在100μL/L到120μL/L之间，三项频率选择50Hz，交流电压控制在63.5kV上，通过科学合理的控制，增加实际测量的准确性，从而保证分析结果的质量[1]。
2带电检测110kV电压等级GIS实体的缺陷设计
在实际进行带电检测的过程中主要根据其在悬浮电位和金属尖端存在缺陷的情况进行有针对性、有侧重点的测试，分别将其放置在不同气室的母线段中，控制手段选择刀闸。通过这种方式，将其缺陷设计具体区分为三种，即单纯性质的悬浮电位缺陷、尖端缺陷以及受二者共同影响的复合缺陷。在其母线罐体上安装UHF传感器和DMS超高频局部放电检测系统，保证安装位置的不同，进而进行其中局部放电特性的测量。
2.1传感器处理上
110kV电压等级GIS实体内部会出现部分带有金属铝环思维绝缘子，利用安装内置传感器的手段可以在受外界较小干扰的基础上收集其中的超高频信号，但是这种运用这种手段其相应的成本较大。如果没有盆式绝缘子中安装金属铝环，可以通过安装外置传感器将通过绝缘子流露在外的超高频信号进行采集，其测量形式属于非侵入式测量，具有较强的便利性，方便测量，但是相较于内置传感器其产生的噪音更大。在悬浮电位缺陷的带电检测上，通过在相同缺陷不同位置的传感器安装将其在线单周期谱图进行测量，根据结果对比分析得出其在特征峰值上的测量结果是相同的，但是考虑到外界电磁对外置传感器运行的影响，其结果可能会有误差存在，因此在后续深入分析的过程中，其相关数据信息需要由内置传感器进行分析。同时，在其运行时，将外置传感器和方电源之间的位置适当进行调整，在测量形式合理的基础上发现其距离和UHF信号幅值直接的关系并不明显。
2.2不同类型的局部放电特性
110kV电压等级GIS实体带电检测的过程中发现针对不同类型的缺陷设计其相应的局部放电特性也有所不同，由于在缺陷设计上的主要部位是悬浮电位和尖端，所以结果显示也主要是这二者的放电特性。第一，在尖端缺陷设计的放电特性体现上主要是较小的放电重复率和放电幅值、下级电发生相位的时间通常在电压极性反转阶段且相对较为分散。第二，在悬浮电位缺陷的放电特性体现上主要是较大的放点重复率和放电幅值，在峰值电压附近的放电现象较为集中，由此可以得知这两种缺陷类型的放电特性都不相同。此外，在同时将其接入的情况下其缺陷会在运作过程中逐渐向复合缺陷靠近，尤其是在升压过程中，其发生变化的表现更加明显。综合其表现的整体来看，局部放电特性不管是在脉冲重复率还是幅值等相关测量数据上其表现的都有所不同。
2.3不同气压下的局部放电特性
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图 1 尖端缺陷介电特性和气压之间的关系
为了加深对其局部放电特性研究的程度，可以将气压影响纳入到测量结果的分析中，将尖端缺陷的充装气压分别控制在0.1到0.5之间的各个数值中，通过基础电压、局部放电电压等一系列测量进行具体分析。在实际操作过程中可以采用缓慢向起始电压的尖端缺陷加压的方式，在其相关测量数据稳定之后在使用UHF谱图进行具体的记录（图1），在保证数据结果可靠性的前提下可以得知，起始电压和熄灭电压的数值很接近，而且气压对其影响基本相同，都随着缓慢加压而缓慢增大，在击穿电压上，其在图像上的呈现并不平稳，在0.2MPa之下会达到峰值，峰值过后较快下降，造成这种情况的原因可能是由于气压升高之后，其中的分子密度会变大，经过起晕作用其会产生电离现象，当遇到密度相对较小经过电离现象的正离子就会自行扩散，增加正电极的曲径，使电场均匀化。但是，在实际测量中其密度是相对较大的，对正离子的扩散起到一定阻碍作用，相应部位的电场会增强，所以在峰值过后会呈现出一定的下降现象[2]。
结语：综上所述，针对110kV电压等级GIS实体常见的悬浮电位缺陷和尖端缺陷进行的带电检测，通过各种相关设备、技术的数据测量可以得出传感器安装位置对其运作的影响不大，而气压对其电压会产生一定影响且其在不同类型缺陷上的放电特性并不相同。
参考文献：
[1]任志刚,徐兴全,等.不同电压等级GIS局部放电UHF信号传播特性仿真研究[J].高压电器,2019,55(5):88-93.
[2]李新海,孟晨旭,等.110kV GIS型零损耗深度限流装置设计与实现[J].广东电力,2019,32(6):130-136.