非接触式局部放电检测天线的设计和优化研究

为实现基于超高频（UHF）法非接触式检测一定范围内电气设备局部放电（PD）,需要研制合适的天线作为超高频（UHF）传感器。锥形天线具有宽频带、高增益和水平面（H面）全向性的特点,文章选取该型天线进行分析,研究其尺寸参数对天线性能的影响,得出该天线的设计规律。通过天线性能分析再结合PD检测的要求,最终选择锥高30cm、锥角45°的锥形天线作为非接触式PD检测的UHF传感器。经测试该天线频带为200MHz~2GHz以上,在200MHz~2GHz频带内平均增益达4.5dB以上,在对较远距离外模拟放电信号的接收试验中表现出良好的UHF信号接收能力,完全达到设计要求。基于该天线可以开发出固定式或车载式PD监测系统,该系统可以监测整个变电站设备PD情况并且其工作时不与设备发生接触。     

输电线路电晕放电的天线检测方法

检测输电线路的电晕放电情况可以反映线路运行状态并提供维护的参考信息,而现有的检测方法均存在缺陷,且不能广泛应用。提出了一种新的测量方法,即采用射频天线测量电晕放电的电磁场脉冲信号。将2组传统的对数周期天线90°正交形成圆极化对数周期天线,之后仿真该天线结构证明了其方向性、增益和测量频段符合设计要求。最终制作该天线测量了电磁信号,实验结果显示电晕放电的时域信号是高频振荡波,其FFT变换得到的频谱分布主要集中在200～350 MHz。     

用于检测电晕放电的射频天线的设计与研究*

电晕放电现象在电力系统中频频发生。由于电晕放电会向周围空间中辐射射频电磁波，因此可通过检测射频电磁波来实现电晕放电的检测。设计了两种小型天线来检测电晕放电，分别是矩形螺旋天线和Hilbert天线。通过模拟仿真和分析对比，发现Hilbert天线的发射系数特性更佳，可实现设计要求。通过设计优化得到的最终结构是6阶Hilbert天线，该天线的尺寸为100 mm×100 mm×1.6 mm，具备轻量便携的特点。     

用于电气设备局部放电超高频信号监测的0.4~1GHz分形天线

为检测电气设备局部放电的超高频(UHF)信号,设计了一种新型超宽带分形天线。该天线融合了分形技术与共面波导技术,从而具有超宽带的特性。对天线的几何参数进行了优化仿真,结果表明:该天线的电压驻波比(VSWR)2的频带范围为0.4~1 GHz,在频带内方向性良好,能够实现全向辐射;天线具有较高增益,在0.4~1 GHz频带内平均增益约为1.5 dB;天线尺寸较小,厚度仅为1 mm。搭建了相应的试验平台,对天线的实际应用效果进行了测试,结果表明:所设计的天线具有高增益、高信噪比,可以有效地检测到0.4~1 GHz频带内的超高频信号。因此这种天线在电气设备局部放电在线监测领域具有一定的应用前景。     

采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警

变电站内电气设备存在绝缘缺陷可能在运行时尤其当运行状态或运行环境改变的情况下发生局部放电（PD）从而辐射出超高频（UHF）电磁波到变电站空间中。为研究用UHF法监测变电站电气设备PD,用一套固定天线阵列及其配套设备实现监测整个变电站PD及早期预警的目的,在变电站中心位置安装全向天线传感器组成的固定阵列来接收变电站空间中电气设备因PD辐射出的UHF信号,根据检测到的信号判定PD的发生并找到存在PD的电气设备;以宽频带、高增益、水平面（H面）全向性的盘锥天线为UHF传感器构建了监测系统,在变电站试验中系统检测到了放电信号,成功定位了位于隔离开关处的放电源。现场实测结果表明这是一种具有实用价值的变电站全站PD监测及早期预警方法。     

基于曲流技术和遗传算法的局部放电检测微带天线

基于微带天线原理设计了一种新型全向型局部放电特高频天线传感器。采用曲流技术对微带天线结构进行改进,增加天线的工作带宽。采用遗传算法对改进结构参数进行优化设计,使天线工作带宽达到最高。改进型微带天线的工作带宽为450 MHz~2 800 MHz,覆盖了局部放电特高频信号的主要频率范围。同时天线具有体积小、近似全向测量、增益高和灵敏度高的优点。模拟绝缘缺陷局部放电检测试验结果表明,该型天线可以有效检测典型局部放电特高频信号,满足变电站现场局部放电检测要求。     

用于输电线路电晕放电检测的Hilbert分形天线设计

输电线路电晕放电是电力系统中的一种常见现象.若输电线路出现长时间连续的电晕放电,会造成严重的电网事故,因此有效地检测电晕放电并定位发生位置具有重要意义.Hilbert分形天线是一种宽频带小型天线,可探测到电晕放电产生的电磁波信号.针对5阶Hilbert分形天线的不同馈电方式,设计了一种5阶Hilbert分形天线.该天线是一种小型化天线,能实现电晕放电检测.     

检测GIS局部放电的小型化多频带复合天线

为了对气体绝缘全封闭组合电器（GIS）局部放电的超高频信号进行检测,设计了一种用于检测GIS局部放电的多频点宽频复合天线。首先,通过对复合天线进行小型化、宽频化原理分析,实现天线的小型化;然后,运用矢量网络分析仪对实物天线进行驻波比实测研究;最后,在实验室搭建GIS局部放电测试系统对天线进行实测研究。结果表明：设计研究的天线兼具多频带、小型化和高增益的特性,在0.75～0.90 GHz、1.23～1.48 GHz、1.78～2.12 GHz、2.42～2.79 GHz的频段范围内,其驻波比（VSWR）小于2,具有较宽的频带范围,能够记录局部放电的大部分信息;随着频率的增加,天线增益也在逐渐变大,天线最高增益可达6.5 dB,可有效接收微弱的特高频信号;研究结果表明,设计的天线特性良好,可用于GIS局部放电的现场监测。     

基于特高频法检测电气设备局部放电的改进Vivaldi天线

为提高检测变电站电气设备局部放电产生的特高频(UHF)信号的有效性,基于超宽带渐变槽线天线理论,在传统Vivaldi天线的侧边增加渐变槽线和谐振腔后,通过仿真及实测发现,改进后的天线工作频段由1.2~3GHz扩展至0.5~3GHz。同时提高了天线的指向性,而保持工作频段上天线相位中心不变。改进后的天线在工作频段上具有更高的增益和灵敏度,在2GHz时增益达到7.9d Bi,平均灵敏度大于12mm。为验证所设计天线效果,在实验室搭建了基于预制缺陷变压器的试验平台,结果表明所设计的天线可以有效检测到局部放电的UHF信号。与传统Vivaldi天线、加脊TEM喇叭天线和螺旋天线相比,改进Vivaldi天线检测灵敏度较高,脉冲时域响应特性更好,利于进一步的信号分析。     

基于曲流技术的多频段特高频传感器的研制

变电站局部放电(PD)检测特高频传感器的工作频率范围为300~1 500 MHz,为避开该频段内手机信号等诸多外界干扰,基于环形天线原理和曲流技术设计了一种新型多频段全向特高频传感器。通过仿真和实测研究了该传感器的局部放电检测性能,并将其与宽频传感器的局部放电检测性能进行对比。结果表明,该传感器的工作频段为480~520、800~850、1 100~1 150 MHz,覆盖了电晕放电、沿面放电、自由金属微粒放电3种典型的局部放电缺陷信号的主要频率范围;且具有体积小、近似全向测量和灵敏度高的特点。该传感器能较好地检测各种类型的放电信号,满足变电站局部放电检测及定位要求。     

紫外成像检测变电设备电晕放电的实际应用

介绍紫外成像技术检测变电设备电晕放电的实际应用,利用紫外成像仪对变电站设备进行检测,发现了部分设备的电晕放电现象,对放电现象进行了分类,并初步分析放电原因.     

一种等值电晕模型

超高压、特高压系统中变电站防雷问题，电气设备绝缘配合问题等，必须计入电晕对流动波的影响．为在波过程的数值计算中考虑这一特征．提出一种新的等值电晕模型。     

基于紫外成像技术的极不均匀电场电晕放电

为监测电气设备外绝缘缺陷、灵敏观察和准确定位电晕放电,以紫外光谱特征量为量化电晕放电强度的表征参数,以相同工频电压等级下的放电水平和电晕脉冲电流峰值作为量化比较参数,在基本相同的大气条件下,利用紫外成像技术试验研究了极不均匀电场工频电压下电晕放电。结果表明,电晕放电强度量化表征参数与量化比较参数之间的对应关系很好;表征参数可反映电晕放电的几个阶段;结合紫外成像反映的放电形态,可分辨电晕放电过程的各阶段,且紫外光谱特征量在电晕放电过程各阶段的分布具有一定的统计规律。最后提出选取流注放电阶段的紫外光谱特征量交集作为空气间隙击穿的注意范围判据。     

基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统

介绍了作者研发的基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统总体结构、关键技术及实现方法。该系统对变电站内监控系统、保护及测控装置、五防系统等采用现场真实物理设备,而变电站一次设备及其邻近电网采用数字仿真,同时采用电磁暂态与全动态电网联合仿真技术,这样既能详细而真实地反映变电站一次设备的行为,又能逼真地再现大电网各类动态过程对变电站的影响。应用该系统可以进行调度、集控站以及变电站运行人员的联合培训和反事故演习,特别是能够有效提高变电站运行人员实际操作的训练效果,并加强变电站人员的电网概念和全局观念。     

基于电气主接线图的变电检修管理图形平台

提出了图纸、数据和元件一体化的面向对象的设计思路。利用AutoCAD的VBA二次开发技术,基于变电站主接线图,建立将地理接线图与一次二次电气接线图有机地结合在一起的图形化平台,将二次设备与一次设备相关联完成地理图到接线图到元件资料数据的立体查询,以及变电各项检修生产业务网络化管理。     

交流特高压避雷器等变电设备带电考核

特高压交流试验示范工程用的1000kV变电设备在我国是全新电气设备,目前不具备对特高压设备进行挂网试运行的条件,为确保特高压试验示范工程一次投运成功、长期可靠运行,进行了在特高压交流试验基地带电考核场内对特高压避雷器、电容式电压互感器(CVT)、支柱绝缘子和变电金具进行带电考核。考核设备在考核场内的布置和连接方式参照特高压交流试验示范工程3个变电站/开关站的实际布置和连接。相关试验充分考核了特高压避雷器、CVT、支柱绝缘子及变电金具的电气性能和机械性能;验证了试验示范工程中相关设备布局、连接方式的合理性;同时考核过程中对噪声进行了治理,取得了良好的效果;取得了设备均匀环、变电金具、耐张串绝缘子均压环的电晕特性、噪声水平和地面场强等的第一手资料。带电考核工作不仅完成了预期的考核任务,还为特高压交流试验示范工程积累了有益的经验。     

采用BEM计算高压变电站工频电场

高压变电站内的工频电场的计算与评测日益重要。采用BEM法对一500 kV变电站500 kV开关场区域的设备与母线产生的工频电场进行了计算。采用BEM计算变电站内母线以及开关场设备产生的工频电场时,可以避免采用FEM计算时的三维剖分,计算结果表明,变电站内设备在周围产生的电场强度与其顶部的母线的高度有关,电场强度的大小分布规律与母线的高度规律基本一致。直流条件下计算的电场分布较交流条件下的要大,因此在计算变电站内工作走廊内的电场强度,对于设备以及母线的场源参数应按交流进行设置。     

变电站电气设备冰灾超前诊断与防范技术研究

文章介绍了目前国内外变电站电气设备的防冰、除冰技术以及应用效果。通过在2005年和2008年冰灾中,运用紫外光成像技术对覆冰绝缘子进行电晕放电检测和故障诊断,提出了变电站电气设备冰灾超前诊断方法与提前防范技术,重点在于防范电气设备覆冰闪络。