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GIS因占地面积小，运维方便等优点在电力系统中的应用越来越广泛。运行统计显示尽管GIS在正式投运前通过了一系列的考核，但在投运后不久故障频出，这表明其故障具有潜伏性特征。为此，论文对GIS内最具潜伏特性的绝缘和接触过热故障开展研究。建立GIS绝缘水平计算模型，分析了GIS绝缘缺陷引发的潜伏性绝缘故障在稳态和暂态冲击作用下的暴露特性；建立了电连接处电-力-热耦合模型，分析了接触缺陷引发的潜伏性接触过热故障的特性。具体工作如下：
（1）分析GIS绝缘故障的特征及成因。分析结果表明，金属尖端、金属颗粒和绝缘子气隙等缺陷最具潜伏性，最易发展成为绝缘故障。为此，论文建立了包含绝缘子、母线导杆、屏蔽罩和壳体等主要元件的完整GIS绝缘水平计算模型，定量分析了上述三种典型缺陷在稳态工况下的故障暴露特性。
（2）为分析潜伏性绝缘故障在雷电冲击和VFTO特快速暂态冲击下的特性，建立了暂态高频条件下GIS绝缘水平计算模型。采用小波分析法得到VFTO频率特性，分析了松弛极化效应下电介质（环氧树脂）的介电常数在VFTO波频带中的频率响应特性。计算过程中，将不同频率下的介电常数进行叠加。通过松弛极化效应，将暂态冲击作用的高频特性转换为电介质的频率响应，从而充分考虑了暂态冲击电压高频冲击特性对典型缺陷潜伏特性的影响。
（3）过热故障中，因接触缺陷导致的潜伏性故障最为常见。为此论文分析了母线触头和引流板的接触情况，基于CMY接触理论，推导并得到线、面接触电阻计算公式。在此基础上，分别建立了触头和引流板位置的电-力-热耦合模型，并讨论了镀层损伤、接触力下降和表面粗糙度过大等缺陷对温升的影响，进而得到接触过热故障的潜伏特性。
（4）根据论文研究结果，分别从GIS设计和生产装配等方面对潜伏性绝缘和接触过热故障提出有效抑制措施。
基于上述研究，本文主要研究结论如下：
（1）最常见引起潜伏性绝缘故障的缺陷有金属尖端、金属颗粒及盆式绝缘子气隙。在稳态工况下，尖端位于高压导体时对绝缘的威胁最大，而其它类型缺陷如尖端位于低压壳体、绝缘子表面存在金属颗粒、绝缘子内部气隙都不易暴露，具有很强的潜伏特性。绝缘缺陷在分箱式GIS中比在共箱式GIS中更易发展成绝缘故障，对设备的潜在威胁更大。
（2）在稳态工况下具有潜伏性的绝缘缺陷遭遇暂态冲击时极易发展成为绝缘故障，VFTO作用下低压壳体处金属尖端尺寸大于3mm时其场强达到45kV/mm，远大于SF6临界击穿场强，极易引发绝缘故障。绝缘子表面金属颗粒和内部气隙遭遇暂态冲击时易暴露，并发展成为绝缘子闪络和气隙放电。总体而言，金属尖端、金属颗粒和绝缘子气隙缺陷对暂态冲击作用极为敏感，极易由绝缘缺陷发展成为绝缘故障。
（3）引起潜伏性接触过热故障的缺陷类型有镀层损伤、接触紧固力不足和粗糙度过大。母线触头处镀层损伤及对接深度不足对温升影响最为显著，当镀层损伤触点个数多于15个或对接深度小于2mm时会造成过热故障；对于引流板位置，螺栓紧固力不足及粗糙度过大及所引起发热都较为严重，当螺栓紧固力矩小于112N·m或粗糙表面平均高度大于15μm时温升超过限值，引发过热故障。在GIS设备运维过程中，针对不同电连接位置所需重点关注的接触缺陷类型有所不同。
本文创新点如下：
（1）建立了包括绝缘子、母线导杆、屏蔽罩和壳体等主要元件完整的GIS内绝缘水平通用计算模型。考虑了缺陷的类型、分布位置、尺寸等对绝缘水平的影响，对GIS绝缘故障的潜伏特性进行了全面、深入的分析。
（2）采用小波分析得到VFTO频率特性，分析了电介质的介电常数在VFTO波频带中的频率响应特性。计算过程中，将不同频率下的介电常数叠加。通过松弛极化效应，将暂态冲击作用的高频特性转换为电介质的频率响应，从而充分考虑了暂态冲击电压高频冲击特性对典型缺陷潜伏特性的影响。
（3）推导了基于CMY接触模型的母线触头和引流板接触电阻计算公式，在此基础上考虑电磁场、结构场和温度场间的互相影响，建立了母线触头和引流板电-力-热耦合模型。全面分析了常见接触缺陷对温升的影响，得到了潜伏性接触过热故障特性。
（1）分析GIS绝缘故障的特征及成因。分析结果表明，金属尖端、金属颗粒和绝缘子气隙等缺陷最具潜伏性，最易发展成为绝缘故障。为此，论文建立了包含绝缘子、母线导杆、屏蔽罩和壳体等主要元件的完整GIS绝缘水平计算模型，定量分析了上述三种典型缺陷在稳态工况下的故障暴露特性。
（2）为分析潜伏性绝缘故障在雷电冲击和VFTO特快速暂态冲击下的特性，建立了暂态高频条件下GIS绝缘水平计算模型。采用小波分析法得到VFTO频率特性，分析了松弛极化效应下电介质（环氧树脂）的介电常数在VFTO波频带中的频率响应特性。计算过程中，将不同频率下的介电常数进行叠加。通过松弛极化效应，将暂态冲击作用的高频特性转换为电介质的频率响应，从而充分考虑了暂态冲击电压高频冲击特性对典型缺陷潜伏特性的影响。
（3）过热故障中，因接触缺陷导致的潜伏性故障最为常见。为此论文分析了母线触头和引流板的接触情况，基于CMY接触理论，推导并得到线、面接触电阻计算公式。在此基础上，分别建立了触头和引流板位置的电-力-热耦合模型，并讨论了镀层损伤、接触力下降和表面粗糙度过大等缺陷对温升的影响，进而得到接触过热故障的潜伏特性。
（4）根据论文研究结果，分别从GIS设计和生产装配等方面对潜伏性绝缘和接触过热故障提出有效抑制措施。
基于上述研究，本文主要研究结论如下：
（1）最常见引起潜伏性绝缘故障的缺陷有金属尖端、金属颗粒及盆式绝缘子气隙。在稳态工况下，尖端位于高压导体时对绝缘的威胁最大，而其它类型缺陷如尖端位于低压壳体、绝缘子表面存在金属颗粒、绝缘子内部气隙都不易暴露，具有很强的潜伏特性。绝缘缺陷在分箱式GIS中比在共箱式GIS中更易发展成绝缘故障，对设备的潜在威胁更大。
（2）在稳态工况下具有潜伏性的绝缘缺陷遭遇暂态冲击时极易发展成为绝缘故障，VFTO作用下低压壳体处金属尖端尺寸大于3mm时其场强达到45kV/mm，远大于SF6临界击穿场强，极易引发绝缘故障。绝缘子表面金属颗粒和内部气隙遭遇暂态冲击时易暴露，并发展成为绝缘子闪络和气隙放电。总体而言，金属尖端、金属颗粒和绝缘子气隙缺陷对暂态冲击作用极为敏感，极易由绝缘缺陷发展成为绝缘故障。
（3）引起潜伏性接触过热故障的缺陷类型有镀层损伤、接触紧固力不足和粗糙度过大。母线触头处镀层损伤及对接深度不足对温升影响最为显著，当镀层损伤触点个数多于15个或对接深度小于2mm时会造成过热故障；对于引流板位置，螺栓紧固力不足及粗糙度过大及所引起发热都较为严重，当螺栓紧固力矩小于112N·m或粗糙表面平均高度大于15μm时温升超过限值，引发过热故障。在GIS设备运维过程中，针对不同电连接位置所需重点关注的接触缺陷类型有所不同。
本文创新点如下：
（1）建立了包括绝缘子、母线导杆、屏蔽罩和壳体等主要元件完整的GIS内绝缘水平通用计算模型。考虑了缺陷的类型、分布位置、尺寸等对绝缘水平的影响，对GIS绝缘故障的潜伏特性进行了全面、深入的分析。
（2）采用小波分析得到VFTO频率特性，分析了电介质的介电常数在VFTO波频带中的频率响应特性。计算过程中，将不同频率下的介电常数叠加。通过松弛极化效应，将暂态冲击作用的高频特性转换为电介质的频率响应，从而充分考虑了暂态冲击电压高频冲击特性对典型缺陷潜伏特性的影响。
（3）推导了基于CMY接触模型的母线触头和引流板接触电阻计算公式，在此基础上考虑电磁场、结构场和温度场间的互相影响，建立了母线触头和引流板电-力-热耦合模型。全面分析了常见接触缺陷对温升的影响，得到了潜伏性接触过热故障特性。