GIS/GIL内微米级金属粉尘动力学行为与诱发放电特性研究进展

GIS/GIL在生产与运行过程中不可避免地会产生微米级的金属粉尘,被认为是造成绝缘子沿面闪络等严重故障的主要原因,但目前相关的研究成果较少。对国内外的相关研究进展进行梳理,总结金属粉尘的动力学行为特征以及诱发放电的现象。首先,粉尘在腔体内的运动模式主要包括积聚式吸附和扩散式吸附,其中电场畸变力是引发粉尘吸附的驱动因素,而绝缘子表面电荷和粉尘粒子之间的斥力将分别进一步影响粉尘的积聚和扩散行为。由于粉尘尺寸微小,其所受微观作用如范德华力等更为突出,多物理场中的粉尘受力模型仍是亟待解决的关键问题之一。其次,粉尘在电场中会引发3类放电行为,即沿面闪络、气隙击穿以及扩散式爆炸,但目前对于粉尘诱发放电的条件以及放电发展过程的认识尚不清晰,也缺乏有效的观测手段和表征方法。值得注意的是,粉尘和绝缘纤维在电场中会发生交互吸附,使气隙击穿强度下降20%~40%。受限于粉尘体积小、放电微弱等因素,针对粉尘介观尺度效应的探测方法和检测技术仍是一大难题。最后,总结当前抑制金属粉尘的相关实验措施,其中纳米涂覆在抑制粉尘积聚式吸附方面具有较好的效果,若要同时抑制粉尘的积聚和扩散作用,还须发展新型粉尘诱导捕获技术。

直流GIL盆式绝缘子附近微米级金属粉尘的动力学行为与吸附机制研究

直流GIS/GIL在生产、运行过程中往往会产生微米级的金属粉尘,可能导致绝缘子沿面闪络等严重故障。通过搭建半封闭式同轴圆柱电极实验平台,研究盆式绝缘子附近金属粉尘的运动行为与吸附机制。研究结果表明,金属粉尘主要表现为向绝缘子表面运动的"积聚式吸附"和向电极运动的"扩散式吸附"行为,且粉尘的积聚吸附量随施加电压增大会出现"极值"现象;微米级粉尘的积聚吸附呈明显的极性效应,负极性电压下的分布范围更广、吸附量更大且吸附过程更短;粉尘粒径越小,其吸附启举电压越高,越容易发生闪络,且随着粉尘量增多以及不断升压,还会导致粉尘的"爆炸"式行为。为揭示上述现象的发生机制,进一步建立金属粉尘的多物理场受力分析模型。在绝缘子表面和金属粉尘堆形成的"V形"区域内,左右两侧相反的畸变电场对金属粉尘的作用几近抵消,绝缘子表面电荷对带电金属粉尘的库仑力作用成为引发积聚吸附的关键因素,表面电荷极性则是极性效应的直接原因。粉尘堆远离绝缘子侧的畸变电场作用,是造成带电金属粉尘扩散吸附的影响因素。库仑引力和畸变电场力的交互作用,造成积聚吸附量的"极值"现象。微米级金属粉尘粒子间的范德华力作用,则是导致粉尘粒径越小而吸附启举电压越高的主要原因。

微米级异物对GIS设备绝缘状态影响研究

断路器分合闸过程中不可避免产生微米级金属粉尘,对GIS设备内部绝缘状态具有重要影响。文中以真型363 kV GIS为基础,搭建了可进行520 kV工频耐压、1175 kV雷电冲击耐压的试验平台,用以开展微米级异物下GIS设备绝缘状态影响研究。首先基于2000次机械操作开展微米异物分布特征研究,获取了触头不同磨损次数下的微米级异物变化趋势。其次在不同操作次数下采用脉冲电流法进行放电量检测,同时联合特高频、超声波局部放电检测法,分析不同检测方法对微米级异物放电检测灵敏度。最后采用人工预埋的方式开展微米级金属粉尘对GIS设备绝缘性能的影响,并采用雷电冲击试验方法进行绝缘裕度校核,获取了微米级异物对设备绝缘性能的影响。文中通过微米级异物在真型设备内不同数量不同位置的试验以及对应试验下的局放检测研究,可为设备运维过程中微米级异物对绝缘状态的影响提供技术支撑。