GIS绝缘缺陷类型

引发GIS的故障缺陷类型分布如图所示。可见故障中接触不良、自由金属微粒、绝缘子上发生的故障占了大多数。

                 GIS内部不同缺陷类型引发的故障率

局部放电的发生和发展是导致GIS故障的主因，而局部放电与局部电场发生畸变有不可忽视的关系。长期的运行经验表明，可能导致GIS电场畸变的主要绝缘缺陷主要包括：针状突起物、自由金属微粒、悬浮电极、固体绝缘气隙等，各种绝缘缺陷在GIS内部的示意图如图所示。

                      GIS内部的绝缘缺陷

1.1 针状突起物

在制造、安装及操作GIS的过程中，可能会在高压导体或金属外壳上留下比较尖锐的针状突起物。当设备两端加上稳态交流电压时，针状突起物的存在会改变场强分布，其周围会形成高场强区，若场强继续增高并达到SF6气体的击穿场强时，稳定的电晕放电就会发生，这将有利于间隙中的电场分布的改善，使电场分布变得更加均匀，故此时不易导致电极间的贯穿性击穿。但是在快速电压如冲击、快速暂态过电压(VETO)下，电场强度和电压变化梯度都很大，针状突起物则很容易引发GIS的局部击穿，造成绝缘故障。因此，若能在放电初期就对此类针状突起物进行检测，对预防绝缘击穿具有重要的意义。针状突起物有的位于GIS外壳内壁上，有的则出现在GIS内部的高压导体上，由于外壳与高压导体的曲率半径不同，前者的曲率半径大于后者的曲率半径，而场强与曲率半径成反比，故高压导体周围的电场强度相对较高，出现在该位置的针状突起物更容易引发局部放电。

1.2 自由金属微粒

自由金属微粒是GIS中最普遍的绝缘缺陷，同时也是引发GIS绝缘故障的主要原因之一。可能造成此缺陷的原因一般是由于GIS制造或装配过程中的清洗不到位，或者机械装置动作时金属摩擦产生的金属粉末。金属微粒具有积累电荷的能力，在外加电场时可以获得感应电荷并积累一定能量，在交流电压场的影响下可发生振动或改变位置。微粒运动与放电的可能性是随机的，它们的运动程度除了与其材料和形状有关，还会受到外加电场强度和作用时间的影响。当电场强到一定程度，使得自由金属微粒获得足够大的动能，微粒就有可能会在其作用下越过GIS外壳和高压导体之间的间隙。当微粒接近但尚未接触到高压导体时，更有可能发生局部放电现象。与导体上固定物的微粒相比，处于这种状态下的微粒导致局部放电的可能性要高10倍左右。除此以外，若自由金属微粒运动到绝缘子上并附着于其表面时，将可能导致绝缘子沿面闪络并造成击穿。

在实际的生产和运行中微粒总是难以避免的，但是良好的设计和制造工艺可以降低自由金属微粒产生的可能性，另外，GIS的组装也是微粒产生的主要环节，需要多加注意避免产生微粒。

1.3 悬浮电极

GIS内部安装着很多屏蔽电极，用于改善危险部分的电场强度，与空气绝缘中的均压环作用相同。在正常状态下，屏蔽电极通过轻负载与高压导体或接地导体相连。一般来说，由于只会有很小的容性电流通过这些连接部分，对它们的制造要求并不是那么的严格。但GIS运行一段时间以后，一些在安装初期接触的很好的连接部分，可能会由于开关操作引起的机械振动或老化而与其他部分之间出现接触不良的问题，形成悬浮电极。而机械上的不良接触又会引发因静电力引起的机械振动，使接触不良的问题更加严重。

这类缺陷所形成的等效电容在充放电过程中会产生很强的局部放电信号（典型的是在>1000pC），易于检测。同时会产生强烈的电磁辐射和超声波，分解出腐蚀性物质和微粒，使临近的绝缘表面受到污染，最终导致绝缘击穿。

1.4 固体绝缘气隙

固体绝缘气隙缺陷一般都在在制造过程中形成，但是由于很小所以很难被检测到。制造时不小心留下的内部空隙、环氧树脂材料在固化过程中热收缩导致出现的内部空隙都是造成固体绝缘气隙缺陷的原因。此外由于环氧树脂材料与电极具有不同的热膨胀系数，也有可能会导致气泡的产生。在电场强度很高时，气隙会引发三种不同的局部放电现象：沿气隙壁的表面放电、沿气隙上下底面的沿面放电和贯穿气隙的气体放电。

1.5 其他因素的影响

除了上述情况外，一些其他的因素也有可能会给GIS带来绝缘缺陷问题。如在GIS的运输过程中可能会发生振动和组件间的碰撞，元件容易发生变形或损伤。在交接试验时，有些影响绝缘介质性能的装配错误有时会被漏检，这种情况可能不会立刻引起绝缘故障，但可能会给以后的正常运行带来严重的问题。除此之外，湿度也有可能会导致绝缘问题。由于SF6不可避免的会含有少量微水，微水会在温度降低时产生凝露，使其易与其它物质混合在一起附在固体绝缘表面，绝缘表面的导电性会受到严重影响。这会严重降低SF6气体的绝缘性能，必须严格控制湿度以避免此类问题的产生。

以上GIS的绝缘缺陷都可能会导致GIS中发生局部放电现象。绝缘体中的局部放电可能造成绝缘材料的腐蚀，进一步发展成电树枝，并最终导致绝缘击穿。研究表明，不同绝缘缺陷所导致的局部放电信号的波形、频谱等很多特性和参数都有较大的差异，所以可以通过对这些信号开展进一步的研究分析，进而对绝缘缺陷类型进行识别。