武汉加油 共渡难关
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武汉加油 共渡难关 新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的研究人员张强、张瀚驰、李成榕、马国明，在2019年第24期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“X射线激励对SF6中直流针尖放电的影响”）指出，X射线能够电离SF6气体，在针尖缺陷附近产生光电离，为放电区域提供有效电子，从而降低放电统计时延，降低局部放电的起始电压，实现局部放电特征的外部调控。 国外已有研究表明，X射线激励能影响固体绝缘中微小气隙缺陷局部放电的特性。为了研究X射线激励对SF6气体中针尖缺陷局部放电的影响，搭建了基于实体252kV GIS的局部放电试验平台，设计了GIS中常见的针尖放电模型，基于特高频方法测量了X射线激励下直流电压针尖缺陷的放电特性。对该文设计的长15mm、曲率半径为50µm的针尖缺陷，X射线能够分别降低正、负极性下的针尖放电起始电压约28.6%和15.6%；提高正、负极性放电脉冲重复率（正极性5.3～17.0倍，负极性80.4～166.7倍）；降低正极性放电的特高频信号幅值约35.3%。其研究结果可以为直流GIS/GIL绝缘缺陷局部放电检测提供一种手段。 局部放电（Partial Discharge，PD）是绝缘材料内部或表面局部区域的微小击穿放电现象。持续的局部放电会导致缺陷区域的不断破坏，整体绝缘能力逐渐下降，寿命缩短，更有可能在短时间内造成绝缘击穿等严重事故。因此，局部放电被认为是造成绝缘失效的主要原因之一，也是绝缘劣化的重要宏观表征。 经过数10年的研究，电气设备局部放电的测量、诊断及定位方法取得了丰硕的成果。然而，现有局部放电检测技术仍面临三个难题。局部放电检测灵敏度不足。在实验室条件下，脉冲电流法检测下限约1pC；而在现场条件下，脉冲电流法将面临难以克服的电磁干扰问题，难以实现高灵敏度测量。 局部放电缺陷定位准确度不佳。由于局部放电信号检测灵敏度较低，造成现场检测信噪比小，且信号的多径传播还会造成信号的衰减、畸变和叠加，常常导致放电源定位困难，甚至无法定位。 难以诊断出放电时延较长的局部放电信号。受试验条件和试验时间的限制，在出厂试验和交接试验中试验时间较短，一些缺陷的局部放电脉冲间隔较长，不能表现出明显的放电统计特征，常常导致这些统计时延较长的脉冲被误判为干扰。尤其是在直流电压下，没有交流电压相位参考，难以准确区分长间隔放电脉冲和外界干扰，给直流局部放电测量带来极大困难。 X射线是一种波长极短（0.01～10nm）的电磁波，具有较强的电离能力。在面临复杂多变的局部放电检测实际问题时，可以通过选择特定能量的X射线对绝缘缺陷的局部放电进行激发，人为影响局部放电的发生和发展，降低局部放电的随机性，从而为解决局部放电检测难题提供一种思路。 目前，国内外学者对X射线激励下固体绝缘中微小气隙等局部放电现象开展了大量研究。1967年，G.Mole等首次将X射线用于33kV金属封闭母线内部绝缘件放电定位，成功发现一起绝缘件因局部熔化产生气泡缺陷的故障。 1988年，加拿大安大略水电局S.Rizzetto、J. M.Braun等首次指出，射线辐照能够提高固体绝缘气隙内部有效电子产率，从而在宏观上减小放电统计时延，使得气隙放电在较低电压下变为易于观察和区分的连续性放电。 2013年，ABB瑞士研究中心开发了一套X射线激励GIS绝缘子中气隙放电成套检测装置，有效地防止了具有气隙缺陷的绝缘子进入GIS产品组装线。ABB对超过20000个绝缘子进行了检测，发现该系统可检出最小尺寸为0.5mm的制造气隙缺陷，且可以使得420kV绝缘子的气隙放电起始电压降低至120kV。 2015年，东芝公司、日本九州工业大学探索性地将X射线激励气隙放电技术用于环氧树脂浇注干式互感器内缺陷定位，该技术通过使用窄射线束准直装置精确控制照射面积和位置，该方法能够克服铁心、绕组等的影响，实现对环氧树脂浇注缺陷进行精确检测。 现有X射线激励局部放电检测技术主要用于固体绝缘生产缺陷的检测，取得了很好的效果。原因是固体绝缘气隙中的气体通常是低气压空气，分子个数少，X射线的电离作用能在初始放电阶段提供足够的有效电子，显著地促进了气隙局部放电的产生和发展。 而对于GIS/GIL内部其他类型典型缺陷，如高压导体尖刺、悬浮导体或绝缘子沿面等类型的缺陷，正常运行条件下的高气压SF6气体具有很强的电子吸附能力，是否会吸附X射线电离出的自由电子，削弱或抵消X射线的电离作用，导致缺陷局部放电不受外界影响，目前尚缺少相关研究。 新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的研究人员张强、张瀚驰、李成榕、马国明，在2019年第24期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“X射线激励对SF6中直流针尖放电的影响”），针对电气设备局部放电检测面临的难题，探索了X射线激励对运行条件下GIS/GIL中针尖缺陷放电激发的可行性，明确了X射线激励对高气压SF6气体中直流针尖局部放电特征的影响规律，为X射线激励下SF6气体环境中缺陷的局部放电高灵敏度检测方法提供基础。 1）对本文设计的长15mm、曲率半径为50µm的针尖缺陷，X射线激励能够降低正、负极性直流局部放电起始电压约28.6%和15.6%，即对正极性针尖放电起始电压降低的程度更大。 2）对本文设计的长15mm、曲率半径为50µm的针尖缺陷，X射线激励能够显著提高正、负极性放电的脉冲重复率，提高正极性放电脉冲重复率5.3～17.0倍，提高负极性放电脉冲重复率80.4～166.7倍，并相应地降低正负极性针尖放电间隔时间。X射线激励能够改变针尖放电特高频信号的幅值分布，降低正极性放电的特高频信号幅值约35.3%，有明显的“抑制”效果，对负极性放电影响较小。 3）X射线的光子能量高于SF6分子的电离能，通过光电效应和康普顿效应分步电离SF6分子，产生额外的自由电子，并克服SF6气体对自由电子的吸附，产生有效电子参与局部放电，降低放电统计时延，影响放电的发生和发展过程。 图1 针尖缺陷模型和试验平台接线示意图 图2 试验流程 图3 X射线对不同极性局部放电起始电压的影响 图4 X射线影响下的局部放电脉冲序列图 图5 针尖放电起始阶段空间电荷分布 |
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