GIS中局部放电UHF信号传播特性研究

在绝缘子金属法兰浇注孔处放置传感器可以用来接收GIS中辐射出来的电磁波,这是测量局部放电(以下简称局放)信号的一种方法。为研究局放UHF信号在通过绝缘子金属法兰浇注孔时的传播特性,笔者采用时域有限差分法进行了建模分析,研究了UHF信号在通过不同尺寸的金属法兰浇注孔时的场强峰峰值和频谱变化特性;试验研究了高压导体尖刺故障下的UHF信号传播特性,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,沿导杆方向的场强分量远大于另外两个方向的;当绝缘子法兰浇注孔尺寸增大时,从该孔中能辐射出能量更强的信号,而且信号中较低频率(500~900 MHz)的分量占较大比例。     

智能电网用逆压电式数字电压互感器的绝缘设计

随着数字化技术迅速发展,我国目前正在大力建设智能电网。但是,目前电力系统中广泛应用的电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器不能很好地满足智能电网中数字化要求,而逆压电式数字电压互感器能够满足要求。但是,逆压电式数字电压互感器需要设计分压器进行分压以达到测量要求,分压器部分承受的电压很高,因此,本文对其进行了材料的选择、结构的构造等绝缘设计。采用有限元法对这种互感器分压器内部的电场分布进行了仿真计算,在此基础上,从陶瓷形状、绝缘介质等方面对分压器进行优化设计和改进,使其最终满足国家标准中的绝缘要求。     

等离子体表面处理与大气压下的辉光放电

与传统的方法相比,等离子体处理的高效、无毒、节能特性使得它在表面处理和灭菌消毒方面有着很好的应用前景,在上述工业领域,“经典”的大气压放电诸如电晕放电、介质阻挡放电以及电弧放电都不适用。然而,尽管低气压下的辉光放电已得到了很好的发展,大气压下辉光放电的实现还存在一些困难。目前,对大气压下辉光放电物理过程的探索集中在其物理机制、图像捕获以及大气压下空气中辉光放电的实现方面。     

操作冲击下空间电荷对间隙放电的影响

绕击是造成超特高压输电线路雷击跳闸的主要原因,很多学者认为空间电荷是造成绕击事故的原因之一。为深入研究空间电荷对雷电放电的影响,本文搭建了100cm板-针间隙,对其施加正、负极性操作冲击电压,采用高速摄像系统对放电发展过程进行观测。为定量分析空间电荷对放电发展的影响,测量了正板-针间隙预放电电流,通过提取电荷电流,并对其积分得到空间电荷量的大小。试验结果发现:正、负极性操作电压下,放电发展都是由正极性电极指向负极性电极;正极性操作冲击电压下,放电击中点在针电极头部的概率随着针头部曲率半径的增大而增大。在相同的试验条件下,板-尖头针间隙的空间电荷量最大,随着针电极头部曲率半径逐渐增大,空间电荷量逐渐变小。     

正极性电压下空间电荷对空气间隙放电击中点的影响

人们对空间电荷对放电过程的影响研究较少,但很多试验现象体现了空间电荷的作用。为了研究空间电荷对放电击中点的影响,建立了试验平台,并用高速摄像机观测了放电现象。正极性直流与雷电冲击联合加压试验与正雷电冲击电压试验,体现了预加直流电压产生的空间电荷对放电击中点的影响;正极性操作冲击电压试验,研究了不同电压幅值下放电击中点的变化。试验结果表明：正极性雷电冲击电压下,预加直流在针电极附近产生的空间电荷对空间电场的畸变作用不显著;在正极性操作冲击电压下,随着电压幅值的增加,空间电荷对针电极头部电场的屏蔽作用有所提高,放电点远离针电极头部的距离加大。     

GIS金属法兰孔特高频信号传播特性研究与外置式发射天线开发

在未安装内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器的情况下,如何向气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)内部注入UHF电磁波标定信号是目前开展GIS局部放电UHF在线监测系统灵敏度现场校验时面临的关键问题之一。提出了GIS外置式UHF电磁波发射方法,即通过盆式绝缘子金属法兰小孔注入标定信号。通过仿真和理论分析研究了UHF电磁波经过小孔时的传播模式和电场结构,通过加脊降低了矩形波导天线的下限截止频率,研制了双脊波导发射天线,在GIS设备上检验了该发射方法及装置的应用效果。研究表明,UHF电磁波以TE10波型为主模经过小孔传播,双脊波导天线的下限截止频率降到了300 MHz,通过它能够向GIS内部发射300MHz 1.5GHz的UHF标定信号。GIS体外式UHF标定信号注入方法可以为GIS局部放电UHF检测仪器现场灵敏度校验提供标定信号源。     

介质阻挡放电中的紫外线预电离

为解决大气体下尤其是空气辉光放电产生等离子体的困难,通过采用脉冲火花放电产生的紫外线对介质 阻挡放电预电离试验研究了紫外线预电离对降低空气击穿场强、“点燃”主放电的作用和气压与主放电频率对预电 离的影响;探讨了与气体流动等条件相结合,用预电离方法实现大气压下空气中辉光放电的可能性。     

输电线路雷击仿真模型

基于对下行雷闪物理过程的认识和对输电线路绕击分散性的研究,建立了考虑放电分散性的输电线路雷屏蔽性能的雷击仿真模型。仿真计算结果表明,该模型与现场运行经验相符,并成功地解释了ＥＧＭ难以解释的现场事故。     

基于腔模理论的圆盘传感器性能研究

为了研究影响圆盘型UHF传感器性能的因素,本文基于腔模理论,采用XFdtd软件仿真研究了圆盘电极直径、介质基片厚度、介质基片介电常数、同轴馈源位置对传感器性能的影响;建立了基于GTEM小室的等效FDTD模型,采用频域有效高度对不同馈源位置的圆盘型UHF传感器的性能进行了评价。结果表明:圆盘电极直径、介质基片厚度和介质基片介电常数的增加会使传感器的频带向频率减小的方向移动;馈源位置对传感器谐振模式的影响明显,馈源位于ρ=a/4处的传感器较馈源位于ρ=0处的传感器,在300~800 MHz频段上的平均有效高度提高了约127%。     

GIS金属环小孔外UHF信号特征的研究

运行中的大多数气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)上未安装内置式特高频(Ultra High Frequency,UHF)传感器,并且盆式绝缘子被金属环覆盖,检测金属环小孔处辐射出来的UHF信号成为实现GIS局部放电UHF带电检测的唯一方法。研究UHF信号通过金属环小孔的传播特性对于改进UHF检测系统和提高检测灵敏度具有指导意义。根据导行电磁波理论分析了UHF信号通过小孔传播的电场结构和截止频率;基于时域有限差分法仿真了局部放电UHF信号的传播过程,分析小孔处的电场强度的方向性和频谱特性。研究表明,小孔处UHF信号的电场方向平行于小孔短边,其主要能量集中在1.2~1.6 GHz之间。此结论对改进UHF检测系统提供了重要的指导方向和理论依据。