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。     

采用时域有限差分算法对GIS局部放电特性的分析

气体绝缘开关设备(GIS)是电力系统变电站的重要组成部分,其内部绝缘故障将影响系统的安全稳定性。局部放电现象是绝缘故障发生的前兆,采用时域有限差分算法(FDTD)对GIS内部局部放电时超高频电磁信号进行仿真与计算,分析绝缘内部缺陷情况下局部放电信号频谱图上的不同特征,并与超高频法(UHF)测得的实际频谱进行比较,得出相关结论,为进一步研究GIS绝缘故障提供理论支持。     

GIS局部放电检测的微带单极子特高频天线研究

由于传统的脉冲电流检测法的监测范围较小,无法适用于大型电力设备的在线监测,因此对GIS局部放电检测的微带单极子特高频天线展开研究。阐述了特高频天线安装原理,选取了微带单极子特高频天线基础材料,最后优化了天线结构参数,实现了单极子特高频天线综合设计。仿真测试结果表明,设计的微带单极子特高频天线的性能良好,检测辐射强度差别较小,具有有效性,有一定的应用价值。     

GIS局部放电检测用特高频天线研究现状及发展

因抗干扰能力强、灵敏度高等优点,目前特高频法检测GIS局部放电在电力系统中获得广泛应用,其中天线是特高频检测系统中的关键组件之一。笔者在介绍特高频接收天线基本工作原理的基础上,分别综述了多种不同类型的内置及外置特高频天线的性能及结构特点,分析了用于GIS局部放电检测中各种天线的优缺点,并讨论了其发展的趋势。论文对天线的性能优化及新型天线的研制有重要指导意义,并可为GIS局部放电特高频检测系统中天线的选择提供依据。     

GIS中局部放电特高频信号传播特性的仿真分析

气体绝缘组合电器(GIS)内部发生局部放电时,产生的特高频(UHF)电磁波信号中包含了主模TEM波和高次模TE、TM波.为分析这3种模量在GIS同轴管道中的传播、衰减特性,构建了一个首、末两端均带锥型匹配端的同轴波导模型;采用时域有限差分(FDTD)的方法,仿真了置于首端匹配锥内的局放源的UHF信号在同轴波导系统内传播...     

基于时域有限差分方法的污秽绝缘子局部放电频谱分析

绝缘子污秽问题一直是困扰电力安全生产的难题之一。为此,采用超高频(ultra-high frequency,UHF)法仿真和测量了绝缘子污秽放电情况,并对其放电频谱进行了分析。首先运用时域有限差分软件XFDTD对污秽绝缘子的放电过程进行了仿真,得到其电磁波的时域波形,再经快速Fourier变换(fast Fourier transform,FFT)得到放电频谱,并研究了污秽程度对绝缘子放电的影响规律,得出了重污秽绝缘子的电磁辐射大于中污秽绝缘子的电磁辐射的结论。然后,针对不同人工污秽程度的绝缘子,测量绝缘子局部放电电磁辐射在680～9 400MHz频率范围内的电磁波频谱。分析测量数据时,采用了分频段分幅值统计所处区间数据个数的统计方法来处理数据,结果表明:在各个区间内重污秽绝缘子的数据个数大于轻污秽绝缘子的数据个数,得到其潜在规律,初步通过比较区分了绝缘子的污秽程度。进一步可建立不同污秽等级绝缘子的电磁波辐射特性数据库,判断绝缘子的污秽情况。     

浮电位类型局部放电的高频传感特性的试验研究

为了了解局部放电类型对UHF传感方法灵敏度的影响,笔者采用10～80MHz、150～250MHz、300～800MHz3种频段的高频放大器对浮电位局部放电进行测量。试验选择了0.2、0.8、1.4mm3种浮电位放电间隙。随着放电间隙的增大,局部放电量增大,但300～800MHz频段检测信号的幅值减小。结果表明,UHF检测信号的幅值并不能准确反映局部放电的严重程度,建议采用多频段信号传感,根据多频段检测信号幅值的相对关系进行局部放电严重程度判别。     

用于GIS局部放电的树状分形超宽带天线

为检测气体绝缘开关设备(GIS)局部放电的超高频(UHF)信号,基于分形技术设计了一种超宽带小型天线。对天线的几何参数进行了优化仿真。该天线的回波损耗(S11)小于10 dB带宽为0.5~1.5 GHz(相对带宽为100%),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0.5~1 GHz频带内方向图主瓣增益为2~4 dB;天线尺寸较小,实际尺寸为200、160、1.6 mm。搭建了模拟局部放电的实验平台,对研制的天线进行测试,结果表明,基于树状分形超宽带天线的UHF局放检测系统抗干扰能力强,可用于GIS现场局部放电检测。     

基于脉冲波形时域特征的局部放电识别

建立了一套数字化实时高速局部放电波形测量系统,由简单实验室模型和工业仿真模型取得了不同类型局部放电的脉冲电流波形,包括空气中和油中尖板电极放电,电机模型线棒内部气隙放电,线棒端部沿面放电,用分段的时域数据压缩法提取了脉冲波形特征,采用分级人工神经网络进行放电模式识别,以得较好效果。     

检测GIS局部放电的超高频微带贴片天线设计

设计了一种可提取局部放电超高频信号的微带天线,测试了天线的频率响应,并搭建了一套基于脉冲电流法和超高频法的局部放电检测系统,提取了SF6气体在针板间隙和绝缘介质内部空穴中的放电信号,比较分析了微带天线与高频罗戈夫式线圈的检测性能。结果表明：这种新型超高频天线能够有效提取局部放电信号,并且小型轻便,现场安装无需改变电气回路,抗干扰能力优于高频罗氏线圈,且能为放电类型的识别和干扰信号的排除提供参考,适于变电站GIS类设备的局部放电在线监测。     

采用遗传算法优化局部放电超高频Hilbert分形天线

为了获得性能最优的局部放电(PD)超高频(UHF)检测Hilbert分形天线,提出将遗传算法用于PD UHF Hilbert分形天线的优化设计。通过分析影响天线性能的结构参数,确定了其用于遗传算法的编码解码方式,设计了适应度函数,建立了UHF分形天线优化工程,并获得一组性能最优的天线参数;根据优化结果加工制作了原型天线。搭建PD试验平台,分别采用现有的分形天线及优化设计的4阶Hilbert分形天线检测PD信号。实测结果表明:当频率在300 MHz~1 GHz范围内时,天线的驻波比都2,即在0~1 GHz的频率范围内天线具有700 MHz的检测带宽,达到了宽频带超高频天线的基本性能要求。与现有天线相比,优化后的天线具有更高的检测灵敏度和更宽的检测带宽,可有效应用于PD UHF信号的现场检测,获取更全面的PD信息。     

GIS局部放电特高频时差定位法应用案例分析

局部放电检测是目前气体绝缘金属封闭式开关设备（gas insulated switchgear,GIS）状态诊断的关键技术手段。分析各种局部放电检测方法,认为特高频法抗干扰能力较强,检测效率较高,可实现故障模式识别及定位。基于此,采用局部放电检测法发现一起 GIS典型悬浮放电缺陷,采用时差定位法确定缺陷位置采用相位同步技术确定缺陷相序。经过解体检查验证,检查结果与特高频诊断结果一致。     

高压电缆附件局部放电超高频检测与分析

为保障XLPE电力系统安全运行,开展高压系统附件局部放电(PD)检测研究,建立了110kV交联聚乙烯电缆接头的数学物理模型并利用时域有限差分法对其内部产生的PD超高频(UHF)电磁波的传播特性进行数值仿真。研究检测位置和金属护套以及半导电层等4种因素对UHF信号波形畸变和能量衰减的影响,并通过实验室电缆接头PD实测验证的仿真结果表明:金属护套和半导电层对UHF信号波头和频率有较大的衰减作用,在-20dB衰减条件下,UHF传感器距离接头的理论值应<3m,且上限频率≤500MHz。     

基于特高频法的高压开关柜局部放电监测及特征参量提取

在线监测局部放电是实现高压开关柜绝缘状态实时诊断及潜伏故障早期预警的必要手段,可有效避免电气火灾、停电等重大事故发生.特高频局部放电监测系统主要由特高频传感器、信号调理电路、采集主机及无线同步模块构成,具有灵敏度高、抗干扰能力强、非接触式检测等优点.此外,以高压开关柜导体表面电晕放电、绝缘体内部放电及表面放电典型绝缘缺...     

局部放电超高频信号时频特性与传播距离的关系

超高频(UHF)检测法具有频带宽、信息量大、抗干扰能力强等一系列优点,近年来在局部放电检测中得到了广泛应用。为此,建立了变压器油纸绝缘局部放电模型,研究了超高频电磁波信号与脉冲电流之间的对应关系,以及超高频电磁波信号与传播距离的关系。实验结果表明:1)随着传播距离的增加,超高频电磁波信号的能量和幅值均呈非线性衰减趋势;2)局部放电超高频电磁波信号幅值与脉冲电流幅值成正比关系,超高频电磁波信号能量与脉冲电流幅值的平方成正比关系,且比例系数随着超高频电磁波信号传播距离增加而减小;3)超高频电磁波信号中高频分量随着传播距离增加而衰减很快。以上结论有助于更加详细地了解局部放电超高频电磁波信号的辐射规律,是超高频检测法用来检测电力设备局部放电的依据。     

GIS局部放电信号超高频包络检波电路的研制

GIS局部放电超高频信号带宽高达数GHz,对其实施实时采样成本很高;其包络信号包含了放电的缺陷特征,采用检波电路提取其包络然后进行信号分析,可以大大降低对采样系统的要求。笔者在对高频检波二极管特性分析的基础上研制了适用于提取GIS局部放电信号包络的超高频包络检波电路,采用ADS软件对该电路进行的仿真显示其具有很好的宽带特性和较小的峰值误差,电路的实际测试验证了该检波电路在GIS局部放电的研究中获得了较好的包络提取效果。     

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。