随着我国电力工业的发展，气体绝缘金属封闭开设备(GIS)在输电 中应用日益广泛，其在电力系统的安全稳定和经济运行等方面起到了关键作用。
由于GIS在设计、制造、安装和运行维护等方面可能存在缺陷，其内部会发生局部放电甚至电弧放电(闪络)。关于GIS可靠性的统计表明，GIS绝缘故障中金属微粒等放电异物占相当大的比例，其主要原因是GIS在生产、装配、运输以及开关动作等环节会不可避免地在内部产生金属颗粒及其他异物，这些金属颗粒的自由运动会急剧降低SF 6 气体的绝缘水平。
在GIS闪络事故调查中，研究人员选取放电部位附近的材料作为参照物，通过采用扫描电镜和能谱分析技术，对放电异物和参照物进行了化学成分对比分析；对GIS放电异物的运动状态电场计算仿真、绝缘结构优化、缺陷的在线或离线检测、闪络故障树分析、SF 6 分解物等进行了研究，确定了放电类型和放电位置；采用有限元求解不均匀电场数值的方法，分析了放电异物(金属颗粒)位置和大小对GIS的影响；针对金属颗粒与断路器尺寸悬殊的问题，建立三维电场有限元模型，解决了计算规模和计算精度的矛盾，发现是金属颗粒导致了电场畸变，并通过金属颗粒与放电故障的关系推断出放电故障的原因。
为此，笔者介绍了一种GIS放电异物分析数据库的建立与应用方法，以期对放电事故的调查与故障分析提供参考。
理论依据
放电异物控制一直是GIS制造工艺中的重点问题。GIS放电异物通常为金属微粒，其主要存在形式有线形微粒、片形微粒、粉尘等，其中线形微粒引起电场畸变的能力最强，因而其降低设备绝缘强度的作用也最大。GIS绝缘故障中除了金属微粒等异物在上述安装等环节产生之外，有的是现场试验后产生的，如触头磨损、屏蔽罩松动等。在电场或机械振动的作用下，异物会在GIS中移动，如果没有设陷阱(如凹槽)，异物将会移动到绝缘子表面随电弧作用，最终形成放电事故。
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GIS管理，包括零部件管理、装配管理、试验管理与现场安装管理。
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在GIS闪络事故调查中，通常需进行放电异物化学成分分析，即选取放电部位附近材料作为参照物，通过扫描电镜和能谱分析技术，对放电异物和参照物进行化学元素对比分析。针对已知材料，在GIS关键部位植入该材料(如金属屑)，模拟放电状态产生异物进行能谱分析，建立已知材料成分和放电异物成分数据库十分必要。
GIS放电异物分析数据库的建立
放电异物分析数据库的建立包括以下方面：
采用能谱分析技术，对GIS相关材料(金属材料、有机绝缘材料、表面处理层、放电生产物)进行能谱分析，建立已知材料成分数据库。
采用能谱分析技术，针对已知材料，在GIS关键部位植入该材料(如金属屑)，模拟放电状态产生异物进行能谱分析，建立放电异物成分数据库。
建立GIS放电异物取样、试样处理、试样数据分析、放电异物结果对比分析数据库系统方法(简称为GIS放电异物分析方法)。其中，放电异物结果对比分析数据库的建立流程如图1所示。
图1 放电异物对比分析数据库的建立流程图
GIS放电异物分析数据库的应用
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针对金属材料、有机绝缘材料、表面处理层和放电生成物四类材料，建立对比分析数据库，数据主要包括：试样制备、试样形貌记录、试样能谱分析，形成的对比材料数据库如图2所示。
图2 对比材料数据库
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放电异物材料数据库主要包含试样的宏观形貌、试样的扫描电镜微观形貌和试样对应的能谱谱线，其中试样的宏观形貌放大倍数为30，扫描电镜的微观形貌放大倍数为500，试样的能谱谱线如图3所示。
图3 试样能谱谱线示意图
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图4 放电异物分析方法实施流程图
结论
该GIS放电异物分析方法及系统可为GIS制造厂及用户现场放电事故的调查研究提供可靠的数据支撑，并可为GIS装配、试验、安装过程中如何预防放电异物的再次混入提供系统可靠的理论依据。
选自：《理化检验-物理分册》 Vol.56 2020.3
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