气体绝缘组合电器(GIS)因其占地面积小、可靠性高等优点被广泛应用于高压输电领域,随着电网电压等级和系统容量的不断增加,GIS设备的内部故障也随之增多,运行可靠性引起了社会的普遍关注。近年来出现的多起正常运行工况下GIS设备不明原因的突发闪络,一直是困扰电网运维检修部门的工程难题,现场安装的局部放电在线监测系统对突发闪络前的放电过程无法有效检测,已有的局部放电测量及分析技术也不能解释其机理,主要原因在于关于GIS沿面异物缺陷放电过程的经验数据都是在实验室短时间阶梯升压法得到的,这与工程现场长期恒压环境下有明显不同,使得实验室研究成果与工程现场实际情况脱节。为解决这个问题,本文在实验室搭建了 GIS绝缘子表面金属异物长期耐压实验平台,深入研究了绝缘子表面金属异物长期局部放电特性及由此导致闪络的机理。论文首先采用工程现场应用广泛的特高频法进行了绝缘子表面金属异物长期耐压条件下局部放电现象的研究,通过连续168 h的长期恒压实验,基于全实时局部放电特高频信号检测系统,完整记录了全过程局部放电数据。实验结果揭示了表面金属异物在长期发展阶段中间歇性放电的现象,即放电时间不连续,呈间断分布,间断跨度自数秒钟至数小时不等。提出了有效放电捕捉概率Pe和有效图谱捕捉概率PG两项评估参数,通过Pe、PG曲线,给出了现有的GIS设备局部放电特高频在线监测装置对放电事件捕捉成功率较小(仅有3.4%),以及带电检测得到有效图谱概率较低(仅有6.5%)的事实。在此基础上,提出了加强实时采集系统推广和延长检测时长等提高放电检出率的方法。研究了缺陷尺寸和电压幅度对长期放电统计特性的的影响规律,实验结果表明,缺陷尺寸和电压幅度对放电起始阶段的放电特征(持续时间、放电次数)影响较大,而对放电发展阶段的放电特征(有效放电区间占比、Pc与PG值)影响幅度较小,说明绝缘子表面金属微粒在长期放电中呈现的稀疏性现象受颗粒尺寸和电压幅度影响较小。为了进一步研究绝缘子表面金属异物长期放电时间上的发展过程,论文综合应用了特高频法和光电倍增管对长期放电现象进行了同步观测,发现绝缘子表面金属异物局部放电存在两种放电激发形态:脉冲型放电形态和微放电群形态,其中脉冲型放电形态特高频和光信号均可测,而微放电群形态只有光信号可测。在长期放电发展过程中,脉冲型放电的频次则呈现出有剧烈到平缓再到间歇性的变化规律,微放电群形态一直存在,没有间歇性,整体幅值和每个周波内持续时间均变动不大。在绝缘子表面金属异物长期放电发展过程中,微放电群形态会对绝缘子表面造成持续性侵蚀作用。为了研究绝缘子表面金属颗粒长期恒压放电空间上的发光过程,论文综合运用了特高频法和高增益的工业ICCD相机(PI MAX-3)进行了放电发光区域的同步拍摄,发现放电的发光区域是由脉冲型放电和微放电群两种能量共同贡献。在电压较低时,放光区域为围绕针尖的圆型区域,且在长期放电发展过程中,放光区域面积在震荡中有微弱增加的趋势。在电压等级较高时,发光区域有起始针尖区域的圆形区域随时间渐变为细长型的放电通道,当放电发光区域变为细长型放电通道时,放电发光现象非常不稳定,光斑有时布满整个通道,有时仅停留在通道根部,有时甚至出现弱不可测的情况。为了研究了绝缘子表面金属异物长期放电导致闪络的机理,首先进行了长期放电过程中绝缘子表面电荷的测量,测量结果表明,表面电荷分布随时间延长呈先增长后逐渐消散的趋势,排除了表面电荷在放电发展过程中的决定作用。而后进行了针尖表面扫描电镜测试(SEM)和放电分解产物组分分析(EDS),发现产物以Al、C、O三种元素占主导,说明在长期放电过程中,绝缘子表面受到侵蚀分解的非金属氧化物包裹金属针尖,场致发射受阻且电极曲率变大,受之影响脉冲型放电逐渐变弱并进入间歇性阶段。分析了脉冲型放电和微放电群放电的不同形成机制,说明了微放电群是放电能量小、对场强需求较弱的电子崩和短流注过程,在针尖强场区受到抑制,低能量的微放电群仍然会一直持续存在并缓步向前发展,形成细条状放电通道,放电通道的长期持续最终会导致绝缘子表面的沿面闪络。