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。     

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中电磁波传播特性的试验研究

GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频（UHF）电磁波信号,局部放电信号可通过超高频传感器进行检测。为研究UHF信号在GIS中的传播特性,在GIS内设置了导体尖端和悬浮电位放电模型,内置式传感器的信号与用示波器在盆式绝缘子浇注孔测试到的UHF信号进行比较。试验结果表明,UHF信号在GIS内有一定的衰减,外置式传感器测得的信号比内置式的衰减大。     

252kV GIS局部放电特高频信号在直线和L型结构中传播特性的试验研究北大核心CSCD

随着高压开关智能化的发展,GIS局部放电在线检测技术得到了越来越多的推广应用。由于内置式局部放电传感器具有较高的传感灵敏度和良好的抗干扰性能,目前在252 kV及以上电压等级的GIS产品上出厂时都要求安装内置式局部放电传感器,内置式局部放电传感器在GIS上布置的合理性尤为重要,因此需要开展局部放电信号在GIS中传播特性的研究。文中采用频谱仪和同步扫频信号发生器测量不同位置局部放电传感器的插入损耗及波形图,试验研究了局部放电产生的电磁波在252 kV GIS典型结构(直线型和L型结构)中的传播特性。结果表明:局部放电UHF信号在252 kV GIS中沿直线距离平均衰减为0.37 dB/m,经过一个L型结构衰减5.5 dB,研究结果可以为局部放电内置传感器在GIS上的布置提供理论指导。     

GIS局部放电电磁波信号的传播特性研究

为研究局部放电电磁波在GIS中的传播特性,采用时域有限差分(FDTD)法仿真进行建模和仿真计算.仿真结果表明GIS中的电磁波信号经过绝缘子衰减较大,且由绝缘子泄漏到GIS外面的电磁波信号存在截止频率;电磁波信号经过L型分支的衰减比经过绝缘子更大;电磁波信号经过T型分支垂直路径的衰减比直线路径的衰减更为严重.     

真型变压器局部放电超高频信号的传播特性

超高频检测法是变压器局部放电在线监测的主要手段之一。由于变压器内部结构复杂,局部放电产生的电磁波在真型变压器内部的传播规律尚不清楚,制约了超高频局部放电检测技术的良好应用。为此,基于一台真型110 kV三相三绕组油浸式变压器,搭建了局部放电超高频信号传播特性检测平台,研究了变压器中局部放电电磁波的传播特性,得出了对应变压器多个检测点处超高频信号的幅值、累积能量、频率和传播时间的变化特性及规律。结果表明:变压器中超高频信号的幅值随着传播距离的增加而非线性地减小,衰减速率减慢;信号的累积能量与幅值的衰减规律相似,但衰减范围更大;电磁波在传播过程中,频率越高,衰减越严重,绕射能力越弱,导致天线检测到信号的主要能量集中在300～600 MHz频带内;检测位置被绕组和铁芯阻挡时,电磁波以绕射方式到达天线,信号波头衰减严重,造成首波到达时刻读取滞后,会降低超高频检测定位的准确性。论文研究可为变压器局部放电超高频检测天线频带、安装位置的选择以及检测灵敏度的提高提供参考和理论依据。     

时域有限差分法在GIS局部放电检测中的应用

时域有限差分法是一种十分有效的电磁场数值计算方法,本文借助时域有限差分法对GIS同轴波导结构内部发生局部放电时所激发的电磁波的传播特性进行仿真,分析了影响电磁波传播的因素,利用超高频局部放电检测方法对GIS实验段局部放电进行实测,仿真结果和实验结果基本一致,为超高频局部放电检测结果提供了理论支持,进一步论证了超高频局部放电检测方法的正确性和可行性,可以应用于现场实际测量.     

GIS中特高频电磁波模式转换及传播效率的仿真研究

GIS内除了能传递TEM波之外,还存在高次模波分量,如TE11波和TM01波。这些模态之间将相互转换,因此导致分析局部放电特高频信号在GIS内部传播的衰减特性变得困难。为此笔者对特高频信号的各种模态电磁波进行了仿真研究,分析了它们在各种典型GIS管道结构中的模态转换规律,以及GIS筒体结构对特高频电磁波信号在传播过程中所造成的影响,从而揭示了各种模态的特高频电磁波在GIS中传播的规律,解释了局部放电信号在GIS内部各种结构的传播衰减特性,并用试验进行验证。     

GIS盆式绝缘子对超高频电磁波衰减的仿真研究

时域有限差分算法对GIS内局放激发超高频电磁波信号经盆式绝缘子的衰减特性进行仿真研究。首先研究了盆式绝缘子对超高频电磁波电场信号强度的衰减作用,指出绝缘子对在GIS腔体内传播的超高频电磁破电场强度衰减较小,对通过绝缘子泄漏到GIS腔体外的超高频电磁波电场强度衰减较大。然后研究了经绝缘子衰减后超高频电磁波电场信号增益的幅频特性,指出在GIS腔体内绝缘子对超高频电磁波的衰减集中在1000MHz以上,而从绝缘子处泄漏到GIS腔体外的电磁波信号其衰减集中在1500MHz以下和3000MHz以上频率。     

电力变压器局部放电超高频检测仿真分析

局部放电作为变压器的常见故障,若能及时发现处理并将其恢复到正常运行状态,将大大减少损失,提高供电可靠性。本文通过超高频检测法与时域有限差分法,分析了局部放电引起的超高频电磁波在变压器箱体中的传播特性,以及变压器箱体结构和铁芯绕组对电磁波信号的传播影响。在软件XFDTD上对局部放电辐射的电磁波在变压器内部的传播情况进行仿真,预测障碍物引起的PD信号到达时延,计算其与理论时延的差值,以此来评估对变压器PD定位精度的影响,并对其进行分析。仿真结果显示,从两个模型输出的数据结果中发现,在障碍物的存在下,引入的PD信号到达会出现估计微分时延。结论为变压器箱体对电磁波有衰减作用,所以传感器应放置于变压器内部;铁芯对电磁波也有畸变与衰减作用。     

运行GIS设备的局部放电检测技术及其应用

超高频局部放电测量技术(UHF法)可有效检测运行GIS设备局部放电信号,及时发现GIS设备内部存在的绝缘缺陷。UHF法弥补了GIS设备缺乏有效试验手段的不足,可作为现行高压电气设备预防性试验方法的补充,有助于GIS设备的运行维护。本文采用自行研制测量装置成功地捕获到运行GIS设备产生的超高频局部放电信号,为推广应用UHF法积累了经验。     

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。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

利用辐射UHF信号反演局部放电脉冲电流

获取局部放电(PD)特征信息是局部放电特高频(UHF)检测的关键问题之一,研究UHF信号与PD脉冲电流之间的关系有助于绝缘缺陷的诊断.文中从电磁辐射理论出发,计算了变压器油箱外壳等复杂环境影响下的PD脉冲电流辐射场,分析了PD脉冲电流辐射场的横电磁波特性.在此基础上,提出了利用检测UHF信号的时间积分反演PD点脉冲电流的新方法,并讨论了UHF传感器及检测系统频带对PD脉冲电流推测算法的影响.仿真和油中针-板型放电实验结果表明:文中所提出的方法能有效推测PD脉冲电流波形,对变压器PD信号UHF在线监测和智能化诊断有一定的参考价值.     

GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中的局部放电在腔体中产生超高频(ultra high frequency,UHF)电磁波信号。为研究GIS局部放电源与UHF信号的关系,利用时域有限差分法计算局部放电产生的UHF信号;通过改变放电源和探头的参数,研究了局部放电产生的UHF信号的特性。仿真分析结果表明:UHF信号的幅值与局部放电脉冲幅值成线性关系;UHF信号与放电源的径向位置、放电通道长度、放电脉冲波形以及放电源与探头的夹角有关。单纯 UHF信号很难解释局部放电量的大小,但UHF信号可在一定程度上反映出GIS的绝缘状态。     

油浸式高压套管局部放电非接触式特高频检测

变压器套管是承担引出线与变压器箱体绝缘的重要支撑装置,现有变压器套管潜伏性放电故障检测技术及时性差且灵敏度较低,而特高频技术抗干扰能力强且可实现非接触式检测。文中提出一种基于特高频检测技术的套管局放检测方法,建立35 kV套管的局放仿真模型并开展真型套管不同类型缺陷的局放试验。所得结论为:电容屏间油纸和外侧油道都是特高频电磁波传播的有效路径;传播过程中横电波(TM波)从-16 dB大幅衰减至-5 dB,横磁波(TE波)初始成分不足1%,主要成分为横电磁波(TEM波);特高频段能量主要集中在0.3~1.5 GHz。通过设置无接触特高频传感器即可实现套管的带电检测,确保电力变压器运行安全可靠。