GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

GIS中局部放电电磁波的模式特性

超高频法(UHF)通过检测GIS中局部放电(简称局放)时产生的超高频电磁波信号实现局放检测,具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在GIS现场在线监测中得到了广泛的应用和关注。为进一步研究GIS中局放产生的电磁波特性,从局放源的激励特性出发,采用时域有限差分法(FDTD)进行仿真计算分析,着重研究了GIS中局放激励的电磁波模式分布特性以及各模式分量与局放源之间的关系。研究结果表明,GIS中局放激励的电磁波各高次模式中TE11(0°)、TE21(0°)、TE31(0°)模式分量为相应模波的主导分量,电磁波信号在φ为0°和180°处最强,且电磁波各模式分量的大小与局放脉冲波形、局放源位置、局放通道长度等因素之间具有一定的关系特性。     

局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析

为进一步揭示GIS中局部放电电磁波的传播特性,采用FDTD方法仿真分析了GIS中局部放电产生的电磁波信号的传播路径及其与信号波形之间的关系并在真实GIS中进行了相关试验研究。仿真和试验结果均表明局部放电电磁波在GIS中的传播路径与局部放电源的位置相关,且检测的电磁波信号波形受电磁波传播路径的影响也不尽相同。局部放电源靠近GIS内导体时,检测位置φ不同时的电磁波信号波形相似,且各电磁波信号的初始脉冲均较大,其传播路径为直线路径。局部放电源靠近GIS外导体时,电磁波信号波形与检测位置φ相关,在φ=0和φ=180°处检测的信号中有大脉冲出现,其传播路径为沿GIS外壳内表面绕向传播路径。     

气体绝缘开关中电磁波的传播特性

章对局部放电脉冲激发的电磁波在气体绝缘金属封闭开关（ＧＩＳ）同轴线中的传播特性进行了理论分析,并在实验室ＧＩＳ母线上进行了实测。结果表明,高频电磁波在ＧＩＳ母线中的谐振现象为超高频法检测ＧＩＳ中局部放电提供了有利条件,同时,可利用电磁波的传播时间对局放源进行准确定位。     

基于伪信号起始时刻法代数求解的变电站局放定位

局部放电(局放)的检测是一种有效的对绝缘系统状态评估的非破坏性诊断方法,是及时发现电力设备绝缘缺陷、避免绝缘击穿故障的有效手段。局放类型的探测和局放源的定位直接关系到能否高效地、低成本地开展规划以及落实检修维护工作或者进行风险分析的工作。文中采用局放时辐射出的超高频电磁波信号(UHF信号)进行局放定位:以改进的能量积累函数确定信号的起始时刻:以静态伪距方程代数法求解伪信号起始时刻法建立的关于局放源坐标的非线性方程组,避免了迭代算法对初值的依赖,并在保证计算精度的前提下提高求解速度。最后,经现场测试验证了所提局放定位方法的合理性、有效性。     

变压器的UHF法局放故障定位初探

分析变压器中主要结构部件对UHF电磁波传播影响后提出了基于最短光程原理定位变压器局放故障的思路。用模拟局放源和金属障碍物、变压器绕组试验研究UHF信号传播路径长度与传播时间关系的结果表明:存在金属障碍物时电磁波传播时延大于理论值,具体误差与信号传播路径上障碍物的遮挡范围有关;绕组的油道结构对信号虽有一定衰减,但对传播时延基本无影响,信号可穿透绕组以近直线传播。     

一种新的电力变压器超声局部放电定位方法研究

近年来研究者已采用多种基于超声法的定位算法来确定电力变压器内局部放电源的位置,但多数方法会忽视超声信号复杂的传播路径对局放源定位的影响,造成较大误差。本文首先分析了由局放产生的声波信号在变压器内复杂的传播过程,尤其是超声信号穿过变压器外壳后被传感器接收过程中的波形转换现象。然后根据实际变压器尺寸建立了变压器模型,该模型中任意一个节点可代表一个局放源的潜在位置。在建立的模型基础上,提出了优化传播路径搜索算法,该算法可还原声波的传播过程并计算出从潜在局放点到传感器位置间的最快路径,进而实现局放源的精确定位。最后在35 kV变压器实验平台上进行了局放定位实验,结果优化传播路径算法的平均定位误差为18.3 cm,验证了该算法的可行性与精确度。     

基于FDTD的GIS中电磁波传播特性仿真研究与分析

该文采用时域有限差分法研究电磁波信号在GIS中的传播特性,从而为GIS局放超高频在线检测提供借鉴与参考。首先参照GIS实际试验装置进行建模,然后分别研究了激励源脉冲宽度与幅值对电磁波传播的影响、电磁波在GIS筒体内传播的时延特性、GIS结构变化对电磁传播特性的影响。仿真结果表明,电磁波信号幅值与衰减速度与激励源的脉冲宽度与幅值关系密切,利用此特征可以帮助判别局放源的种类和严重程度;电磁波信号在GIS内传播时呈现明显的时延和幅值衰减特性,此特征有利于进行局放源的定位;GIS结构变化对电磁波的幅值及信号特征均有影响,因此应按传播特性选择传感器放置点,以取得更好的检测效果。     

基于双UHF传感器中垂面交点的局放源定位方法

为定位高压电气设备内部局放源位置,布置2只特高频(ultra-high frequency,UHF)传感器,接收待测高压电气设备内部局放产生的UHF信号,对UHF信号进行滤波、放大,获取UHF信号的完整波形;比较局放源到达2只UHF传感器的信号时间差,当信号时间差为0时,表明局放源位于2只UHF传感器连线的中垂面上;在三维空间中分别确定相互垂直的三个中垂面,三个中垂面的交点即为局放源位置。本方法适用于高压开关柜、电力电缆、GIS设备、变压器等高压电气设备内部局放源的定位和外部干扰源的查找,变电站现场实测表明该方法有效。     

雷电冲击耐压过程中GIS局部放电特高频检测有效性研究

笔者对气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)在雷电冲击耐压过程中局部放电特高频检测有效性进行了试验研究。1号UHF传感器检测冲击电压发生器及其周围空间中的电磁波信号作为参考信号,2号UHF传感器检测GIS盆式绝缘子辐射出来的电磁波信号。通过对比两个传感器检测波形,可以明显分辨出干扰信号与GIS内部的局部放电信号。当GIS内部存在局部放电时,2号UHF传感器检测到的脉冲信号存在3个明显的脉冲族群,且各脉冲族群脉冲信号幅值、疏密及分布规律不同。局放信号出现在脉冲信号起始4μs之后,持续时间较长,约5μs左右。试验结果表明,采用UHF法进行雷电冲击耐压过程中的局部放电信号检测有效可靠。     

实测信号激励条件下GIS局部放电的电磁波传播特性研究

笔者主要分析GIS典型绝缘缺陷引起的局部放电(PD)过程,并应用FDTD算法,分别以理想的高斯脉冲信号和真实PD电流信号为激励源,研究电磁波在GIS内部的传播特性,结果表明:PD实际电流信号与理想高斯脉冲激励下的电磁渡相差较大,PD超高频电磁波传播特性仿真研究宜采用实测PD信号作为模拟激励源.     

GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。     

绝缘子对GIS中电磁波传播特性影响的仿真研究

特高频检测方法是GIS局部放电的有效检测方法。特高频电磁波信号在GIS中的传播会影响到其检测精度、检测结果的分析等。以220 kV GIS为基础,构建了无绝缘子和含有不同厚度绝缘子的仿真模型,基于时域有限差分算法(FDTD)仿真研究了绝缘子对GIS中电磁波传播特性的影响。研究结果表明电磁波信号经过绝缘子时会有约60%的衰减,绝缘子厚度则对GIS内电磁波信号的传播影响不大。     

GIS局部放电定位的频域时差读取方法

局放(PD)源定位通常依赖于局放信号时域波形获取时差,然而,当信噪比(SNR)很低或者PD信号的初始脉冲较小时,难以获得PD信号的起始脉冲时间.笔者摒弃对时域PD信号分析,结合GIS中电磁波的传播模式特性,通过FFT变换将时域波形转换为频域PD信号进而在频域研究,提出一种精确获取时差的新算法.采用时域有限差分法(FDT...     

局部放电电磁波在GIS中的衰减特性

局部放电电磁波信号在气体绝缘开关设备(GIS)中传播时受GIS结构影响而产生衰减变化,使得难以从超高频(UHF)检测信号实现对局部放电源信号的有效评估。为分析GIS不同结构部件对电磁波信号的影响,本文采用时域有限差分(FDTD)法对GIS中局部放电电磁波的衰减特性进行建模分析,研究了电磁波信号在GIS中不同部件传播时幅值、能量等参数的变化特性。对局部放电电磁波信号经过绝缘子前后的变化进行试验研究,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,电磁波信号在同轴波导中传播时信号能量衰减很小,但是由于高次模波的色散效应使得信号幅值发生较大程度的减弱;邻近局部放电源的绝缘子对于电磁波信号的衰减作用比其他绝缘子更大;经过L分支的电磁波信号能量衰减和幅值降低程度均较大,但其横电磁波(TEM)分量衰减很小;电磁波经过T分支的垂直部分比直线部分衰减更为严重。     

Partial discharge measurement in a long distance SF6 gasinsulated transmission line (GIL)

We evaluated the generation, radiation, and propagation characteristics of partial discharge (PD) signals in 275 kV full-scale SF₆ gas insulated transmission line (GIL) model with a length of 168 m. We analyzed the correlation between the PD current pulse and the radiating electromagnetic wave by comparing their frequency spectrums. In addition, simultaneous measurement was performed on the current pulse waveform of a single PD and the corresponding electromagnetic wave as propagated in GIL, with the phase gate control method. As a result, the PD signal attenuation rate of 50 MHz and 300 MHz for the propagation of 100 m was obtained as 2.5 dB and 8.7 dB, respectively. Furthermore, by selecting an appropriate measuring frequency, even a 1~2 pC PD could be detected at the measuring site 168 m away from the PD source in the GIL     

超宽带射频技术对变压器多局部放电源的定位

电力变压器局部放电故障大多是在很短时间间隔内相继出现多个放电源,因此对于多放电源的有效定位是定位技术成功的关键,为解决多点局部放电源的定位问题,采用基于最短光程原理的超宽带射频定位技术,用4阵元传感器阵列检测局部放电源激发的电磁辐射波,获取3个相对时延作为计算参量,利用时间差算法实现对局部放电源空间几何位置进行搜索定位,在实验室环境下进行了空间多点模拟局部放电源的定位试验,多放电源的定位误差控制在10cm以内。此外,还介绍了最近在现场真实设备上进行局部放电定位的探索研究,为该技术向实用化方向的发展做出了有益的尝试。     

L型及T型气体绝缘开关模型中电磁波传播特性的仿真研究

采用有限时域差分方法对L型及T型气体绝缘开关(gas-insulated switchgear,GIS)模型中电磁波的传播特性进行仿真计算,分析L型及T型结构GIS中电磁波的分布及其对自身传播特性的影响。研究表明,受速率色散特性的影响,在GIS腔体的直线部分,随着接收点远离激励源,接收电磁波信号的峰-峰值呈衰减分布,但总体能量变化不大。对于L型及T型结构的GIS,在经过L型及T型结构后,信号能量衰减很大。信号频域分析表明,在0°方向存在横电磁波和横电波的11型模波TE11、21型模波TE21和31型模波TE31等高次模波,而在90°方向只存在横电磁波和T21型模波,且信号频率分量的不同导致在不同接收方向上信号能量的分布也会有差异。