人工电压脉冲与局部放电UHF信号的等效性分析

使用人工电压脉冲向GIS内部注入与局部放电等效的特高频(ultra-high-frequency,UHF)电磁波信号是UHF检测系统灵敏度现场校验的关键环节。通过实验研究人工电压脉冲与局部放电UHF信号的时域幅值和频谱分布差异。建立了基于220 kV的GIS设备的局部放电UHF测试平台,在靠近出线的腔体内分别用局部放电缺陷和人工电压脉冲发射UHF电磁波,利用安装在4个典型部位的圆盘形天线接收UHF信号。通过测量各部位的信号幅值,对比人工电压脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度;通过对信号波形作傅立叶变换,对比2种信号的频谱分布。研究结果表明,经过断路器后人工电压脉冲的信号衰减程度略大于局部放电,人工电压脉冲的频谱分布接近于局部放电,且人工电压脉冲电压波形的上升时间在0.3?1 ns范围变化时对UHF电磁波信号频谱分布没有影响。对于开展UHF检测系统灵敏度现场校验工作具有重要指导意义。     

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。     

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。     

应用正向传输系数的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法

为保证特高频(ultra-high-frequency,UHF)法在气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电在线监测中应用的有效性,提出了一种基于微波网络正向传输系数(S21参数)的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法。首先,在252 k V GIS真型试验平台上利用网络分析仪测试传感器间的S21参数,同时采用脉冲注入法间接计算传感器间的传递函数,结果表明:两者的频谱特性具有较好的一致性;在此基础上,研究了S21参数与不同缺陷类型局部放电频谱之间的相似度,结果表明:S21参数能有效反映UHF传感器对局部放电信号的接收特性。然后,在252 k V GIS真型试验平台上测试得到传感器间若要满足5 p C局部放电检测灵敏度,要求S21参数平均值?-75 d B。最后,将提出的方法应用于1100 k V GIS局部放电UHF传感器布置方式有效性的现场校核中,取得了良好的效果。研究成果可为GIS局部放电在线监测和带电巡检中UHF传感器的差异化布点提供参考。     

变压器绕组对局部放电特高频定位方法的影响

为研究特高频(ultra-high frequency,UHF)定位方法对绕组内部局部放电定位的可行性,通过实验研究了油浸式电力变压器中绕组对局部放电UHF电磁波传播的影响。建立了基于220kV油浸式电力变压器的试验研究平台和UHF定位系统,并在变压器绕组内部设置了局部放电缺陷。通过试验测量了UHF电磁波经过绕组后的衰减程度和到达两传感器的时间差误差,并计算得出定位结果及其误差。结果表明,UHF电磁波经过绕组向外传播时,其信号幅值衰减了18～22dB,时间差误差≤0.5ns,UHF定位方法对绕组内部的局部放电的定位误差<15cm。可见,虽然绕组内部的局部放电UHF电磁波经过绕组后衰减严重,但是由此引起的时间差误差较小,因此采用UHF方法可以对绕组内部的局部放电准确定位。     

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局部放电UHF检测系统性能检验方法研究进展

UHF检测法在GIS局部放电状态检测中得到了广泛应用。然而,GIS局部放电UHF检测技术尚存在UHF传感器质量参差不齐、配置方案不佳、缺乏统一的标定方法等问题,导致误报警、漏报警问题时有出现,严重制约了GIS局部放电UHF检测领域的健康发展。为此,有必要深入开展GIS局部放电UHF检测系统性能校验方法的研究,提升GIS局部放电UHF检测技术的现场应用水平。本文综述了GIS局部放电UHF传感器的耦合性能检验方法、UHF检测系统灵敏度和动态范围的实验室检验方法和现场检验方法已取得的研究进展和存在的不足,提出了GTEM小室阻抗特性和场强均匀性标定、现场校验脉冲注入方式和等效性研究等3个有待深入研究的方向。     

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。     

GIS浇注孔传播内部局部放电UHF电磁波的特性

运行中的大多数气体绝缘关设备(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,因此,常规的检测方法无法检测其内部局部放电的UHF信号,检测金属环浇注孔处辐射出来的UHF信号成为实现GIS局部放电UHF检测的唯方法。在理论分析浇注孔对UHF电磁波的传播衰减特性的基础上,基于时域有限差分法(finitedifference-time-domain,FDTD)仿真了局部放电UHF信号在GIS中的传播过程,重点分析了浇注孔处的电场强度分布和频谱特性,并在GIS平台上进行了试验验证,取得了较好的致性。研究表明,浇注孔处UHF信号的电场强度主分量的方向平行于孔的窄边,其主要能量集中在0.7?2 GHz之间。此结论为改进UHF检测系统的性能提供了重要的指导方向和理论依据。     

基于光电复合传感器的GIS局放检测方法研究

气体绝缘组合开关(gasinsulatedswitchgear,GIS)设备内部发生局部放电时,会产生并向外辐射光和电磁波信号,通过测量产生的光和电磁波信号可以实现对局部放电的检测。局部放电特高频法目前已被广泛应用于GIS中局部放电的检测。光测法具有灵敏度高、对电磁干扰完全免疫等优点,拥有广阔的应用前景,但由于未解决传感器安全植入GIS内部的问题,目前尚无现场应用。将荧光光纤和GIS内置特高频传感器相结合,研制出用于GIS内部局部放电检测的新型光电复合传感器。仿真结果表明,复合传感器在不影响GIS内部电场分布以及内置特高频传感器性能的基础上,实现了荧光光纤的植入;实体GIS局部放电检测试验显示复合传感器可同时检测局部放电中光和特高频信号,对于金属尖刺缺陷,荧光光纤法具有更高的检测灵敏度。光测法的检测幅值和放电量近似为线性关系。随着缺陷和传感器距离的增加,光信号幅值呈现每厘米约2.2%的衰减。研究结果为GIS中局部放电检测提供了一种更加灵敏、可靠的检测方法。