GIS应用中应当考虑的其他因素

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：希望GIS中不存在异物，在设计、制造和现场安装的所有工序中不要产生、混入和残留金属异物。水分对SF6气体的分解生成物也有影响。而且，GIS的检修所需的时间也要比常规设备长得多。

1.金属异物

GIS由于封入了较高压力的绝缘性能高的SF₆气体，和以前的空气绝缘相比，能使绝缘距离大幅缩小，实现整个开关设备的小型化。缩小绝缘距离，导体的表面电场就高，如果存在金属异物，则对绝缘性能的影响会很大，这成为了绝缘性能降低的主要因素之一。

试验表明，当存在金属异物时，如果使外电压上升，则金属异物首先在外壳上立起来，不久浮起（或者漂浮）；如果进一步使电压升高，则金属异物浮起的高度增加，终于在高压导体和外壳之间来回移动（穿越或横断），然而在这个阶段还没有发展成闪络。但是如果继续增加电压，就发展成为闪络了。

式（10-28）给出了金属异物在外壳上立起的电场强度E，式中E与金属异物的材质（密度ρ）有关，与长度无关，即

E=[rgρ/（1.43ε₀）]^1/2 （10-28）

式中 r——金属异物的半径；

ρ——密度；

g——重力加速度；

ε₀——气体介质的介电常数。

表10-5给出了线径为0.25mm的线状金属异物的立起电场强度。

表10-5 各种材质金属异物的立起电场强度（单位：kV/cm）

GIS中金属异物的存在会使绝缘件能下降，其影响程度除与金属异物的大小、材质、形状有关外，还与GIS的结构和金属异物有在的地点有关。希望GIS中不存在异物，在设计、制造和现场安装的所有工序中不要产生、混入和残留金属异物。万一存在金属异物，要从外部能够确认有无金属异物存在，目前采用的金属异物检出方法有超声波法、音响法、振动法等。

2.水分的影响

混入SF₆气体绝缘设备的气体中的水分产生的主要原因如下：新气体中含有的水分；装配时进入的水分，一部分是抽真空后设备内部残留的水分，一部分是装配时大气中存在并附着在器壁上的水分；从有机绝缘材料中析出的水分；从密封部位浸入的水分等。

当SF₆中混入的水分为气态存在时，对绝缘性能几乎没有影响。如果SF₆气体中存在固体绝缘件，当水分附着在绝缘件表面时，沿面绝缘特性就会受到影响。

图10-27给出了在环境温度为6～20℃时的交流及雷电冲击闪络电压与气体中水体积分数的关系。如果气体中水分开始在绝缘件表面结露，则闪络电压开始下降。从图10-27中可以看出交流下闪络对水分比较敏感。

水分对SF₆气体的分解生成物也有影响。分解气体及水分含量达到一定量以上，则会使绝缘性能降低。

为了保证一定的绝缘性能，应该将SF₆气体中的水分含量控制在一定值以下，措施有装入吸附剂（吸附材料主要有活件氧化铝、活性炭和合成沸石等），增加抽真空的效果，改善装配、安装的作业环境等。

图10-27 闪络电压和气体中水体积分数的关系（气压为0.15MPa）

a）交流闪络特性 b）雷电冲击闪络特性

3.复合化绝缘子残余电荷的影响

在绝缘子上长期施加直流电场则绝缘子上会有电荷积累，电场分布发生畸变，绝缘子的绝缘性能受到影响，这种现象特别在直流设备上很显著。另外，在交流GIS的设备上有时也会加以下直流电压：用隔离开关开断空载母线部位，因残留电荷存在，施加的是直流电压；当电缆和GIS连接时，在对电缆进行现场直流耐压试验之际，对GIS部分施加的是直流电压。

绝缘子上所带电荷密度大时，绝缘下降，研究表明最大可下降40%。

为了避免由于绝缘子上的残余电荷对绝缘性能的影响，尽量不要在设备上施加直流电压，这样就不会因残余电荷引起绝缘问题。但是，有时需要对设备的一部分施加直流电压，应迅速采取接地措施以除去残余电荷；使绝缘子附近的电极表面尽可能做到光滑平顺，避免电场集中，减少电荷离子的形成；设计不产生残余电荷的绝缘子形状。

4.内部故障检测问题

由上述可知，GIS的主要优点之一是安全可靠，几乎可以不必维护。但是它一旦发生故障，后果要比普通敞开式电站设备严重得多，这是因为元件密集度高，一个元件的故障可能使整个设备失效或损毁。而且，GIS的检修所需的时间也要比常规设备长得多。

为了防止可能出现的故障，应该建立可靠的监测手段。在线监测可以实现设备故障前兆的诊断，尽早发现可能发生的故障、及时采取措施，可防止事故的发生和扩大。

GIS应用中应当考虑的其他因素

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