Анализ внутренних повреждений изоляции в оборудовании ГИС и методы испытания изоляции

Высоковольтные проводниковые шипы

При установке высоковольтных проводников случайные удары или царапины могут вызвать появление металлических шипов на поверхности проводника, как показано на рисунке 1. Под действием промышленной частоты напряжения ионизация в области острых концов шипов генерирует заряженные частицы, которые могут подавлять частичные разряды (ЧР) или пробой. Однако под воздействием импульсного напряжения процесс ионизации, вызванный сильным электрическим полем, не успевает развиться, что увеличивает вероятность возникновения ЧР и пробоя.

Загрязнения на поверхности изолятора

Во время сборки ГИС очистка на месте часто недостаточна, что позволяет пыли попадать внутрь ГИС и оседать на поверхности изоляторов. В некоторых случаях низкое качество производственных процессов оставляет липкие остатки на изоляторах. Эти дефекты часто вызывают пробой во время испытаний на выдерживаемое напряжение на месте. Энергия, высвобождаемая при пробое, обычно удаляет загрязнения, что делает их трудно обнаруживаемыми на поверхности изолятора или других компонентов при последующем разборе после пробоя. Рисунок 2 показывает изолятор, который пережил пробой на месте, без видимых аномалий на его поверхности.

Ослабленные металлические детали

Во время транспортировки или эксплуатации механические вибрации могут вызывать ослабление защитных крышек, других металлических деталей и крепежных винтов. Недостаточный электрический контакт в таких случаях приводит к частичным разрядам (ЧР), которые со временем могут перерасти в аварии, связанные с пробоем. Рисунок 3 иллюстрирует конструкцию установки защитной крышки, склонной к таким проблемам.

Металлические порошки внутри корпуса

Во время транспортировки или эксплуатации механические вибрации могут вызывать трение между металлическими деталями, что приводит к образованию металлических порошков. Недостаточная чистота на месте установки может оставить пыль или металлические частицы на внутренней поверхности корпуса. Кроме того, частичные разряды, вызванные плохим электрическим контактом, могут привести к образованию металлических или металлических соединений. Рисунок 3 показывает порошки, образованные разрядом от плохого контакта в защитной крышке. Во время эксплуатации прыжки металлических порошков могут привести к авариям, связанным с пробоем.

Методы тестирования дефектов изоляции ГИС
Испытания на выдерживаемое напряжение

Испытания на выдерживаемое напряжение требуются при передаче и после крупных ремонтов. DL/T 555-2004 Руководство по проведению испытаний на выдерживаемое напряжение и испытаний изоляции на месте для газоизолированных металлических закрытых коммутационных устройств устанавливает требования и методы для проведения испытаний на месте [4]. Переменное напряжение чувствительно к свободным проводящим частицам и другим примесям, что делает его подходящим для обнаружения дефектов, таких как загрязнения на поверхности изоляторов, ослабленные металлические детали и металлические порошки внутри корпуса. Импульсное напряжение, эффективное для обнаружения загрязнений и аномальных структур электрического поля, идеально подходит для обнаружения металлических шипов и внутренних металлических порошков.

Тестирование на частичные разряды (ЧР)

Во время испытаний на выдерживаемое напряжение на месте следует одновременно проводить измерение ЧР. Метод импульсного тока является основным подходом для измерения сигналов ЧР при испытательном напряжении промышленной частоты. Однако этот метод часто не способен обнаруживать дефекты, такие как металлические шипы и внутренние металлические порошки. Поэтому необходимо проводить измерение ЧР при импульсных испытаниях на выдерживаемое напряжение. Для предотвращения помех в испытательной цепи при импульсном напряжении можно использовать методы высокой частоты, сверхвысокой частоты (СВЧ) или ультразвукового обнаружения.

Обнаружение ЧР в режиме работы и онлайн-мониторинг

Для дефектов, таких как ослабленные металлические детали и металлические порошки, образующиеся во время эксплуатации, следует активно внедрять обнаружение ЧР в режиме работы и онлайн-мониторинг. В зависимости от принципа работы датчиков, методы обнаружения в режиме работы включают СВЧ и ультразвуковые техники. Обнаружение в режиме работы подходит для периодических проверок, тогда как онлайн-мониторинг идеален для отслеживания известных дефектов.

Заключение и перспективы

Основные дефекты внутренней изоляции ГИС включают четыре типа: высоковольтные проводниковые шипы, загрязнения на поверхности изоляторов, ослабленные металлические детали и внутренние металлические порошки. Для предотвращения развития этих дефектов до отказов следует проводить испытания изоляции и обнаружение ЧР при передаче и эксплуатации. Для распространенных дефектов, таких как металлические шипы и порошки, при испытаниях на выдерживаемое напряжение следует отдавать приоритет обнаружению ЧР при импульсном напряжении.