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。     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

变压器局部放电超高频电磁波的传播特性

分析了变压器中局部放电激发的超高频电磁波在油 -隔板复合绝缘中的传播特性 ,讨论了变压器箱体对电磁波传播的影响 ,实验室研究结果表明 ,超高频局放电磁波在油 -隔板复合绝缘中传播时会产生一定的衰减 ,但对电磁波的接收影响不大 ;变压器箱体可引起电磁波的严重衰减 ,大大降低检测灵敏度 ,因此实测时超高频传感器应内置     

电力变压器局部放电超高频电磁波产生机理及传输特性研究

对变压器油-纸板复合绝缘中由局部放电引起的超高频电磁波的传输特性进行了分析,并对电磁波传输的影响因素进行了讨论.研究结果显示:在变压器的油-隔板复合绝缘中,局部放电导致的超高频电磁波在传输时存在衰减,但不会对电磁波的接收产生较大影响.此外,电磁波会因变压器的箱体而发生严重衰减,造成检测灵敏度受到很大程度上的影响,所以在实际测量时应将超高频传感器安装在变压器箱体内部.     

变压器油中局部放电超高频检测的试验研究

研究了变压器油中局部放电的频率特性 ,并与空气中局部放电的频谱特征作了比较 ;测量了超高频信号在金属油箱内及空气中的衰减特性及金属导线对超高频信号的辐射特性。研究结果表明 :变压器油中局部放电的频谱高于空气中局部放电的频谱 ;超高频信号在金属箱体内的传播具有振荡特性 ;变压器内部引出线对内部局部放电信号具有一定的辐射能力     

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局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。     

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。     

变压器局部放电UHF信号传播特性的仿真分析

特高频(UHF)技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测,抗干扰能力强,检测灵敏度高,是一种基于空间电磁场耦合的局部放电测试技术,能够实现真正意义上的局部放电在线检测,因此在变压器局部放电检测领域取得了日益广泛的关注及研究。由于变压器内部结构复杂,各种金属结构件都会对辐射电磁波的传播产生影响,因此变压器局部放电UHF检测技术有必要研究变压器内部电磁波的传播规律。为此在对变压器内部结构进行合理简化的基础上完成了变压器典型结构的计算机建模,以高斯电流元模拟局部放电源,合理设置各类仿真参数,利用时域有限差分法(FDTD)对特高频电磁波在变压器内部的传播特性进行了仿真分析。仿真结果给出辐射电磁波信号在铁心绕组之间的传播特点,铁心对电磁波传播造成的衰减和畸变作用,并通过时域及频域波形的对比给出不同脉宽、不同幅值电磁波信号在铁心绕组结构中传播的特点。     

油纸屏障对变压器局部放电超高频检测信号的影响

受变压器内部复杂结构的影响,局部放电超高频信号在变压器内部的传播特性非常复杂。笔者通过变压器局部放电超高频实验研究,分析了油纸屏障对变压器局部放电被测超高频信号的影响。设计了油中气隙放电、油中沿面放电和油中电晕放电3种局部放电模型,在实验油箱中进行局部放电实验,采用超高频小环天线进行放电信号检测,在有无油纸屏障情况下获得了局部放电超高频信号实测数据,对所测局部放电超高频信号在时域和频域上进行了对比分析。结果表明,油纸屏障对超高频信号幅值衰减及信号功率谱有一定影响。     

变压器中局部放电超高频信号传播的仿真研究

利用仿真软件建立变压器结构模型,对局部放电辐射的电磁波在箱体内的传播情况进行了仿真,并研究了变压器铁心、箱体缝隙对局部放电信号传播的影响。仿真结果表明,铁心和缝隙对电磁波的传播有衰减作用,在各个边角处会出现电磁波的最大幅值,在这些位置安装传感器有较好的检测效果。     

变压器内置式超高频传感器安装位置选择仿真研究

在变压器局部放电超高频（UHF）检测中,局部放电检测灵敏度和有效性受到传感器安装位置的影响。为了确定传感器安装位置的影响程度和给出合理的安装建议,采用有限差分方法（FDTD）,以一台220 kV变压器为例,对不同位置局部放电源激发的电磁波在变压器内部结构中的传播特性进行仿真研究,并对内置式传感器的合理安装位置进行分析和讨论。结果表明：由变压器内部局部放电产生的电磁波具有较为复杂的传播特性;安装于变压器箱体正面及背面的传感器能够更好的检测发生在调压、低压、中压及高压绕组之间以及相间的局部放电。通过仿真研究,证明了变压器仿真模型能够有效指导实际变压器UHF传感器安装位置的选择。     

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。     

变压器的UHF法局放故障定位初探

分析变压器中主要结构部件对UHF电磁波传播影响后提出了基于最短光程原理定位变压器局放故障的思路。用模拟局放源和金属障碍物、变压器绕组试验研究UHF信号传播路径长度与传播时间关系的结果表明:存在金属障碍物时电磁波传播时延大于理论值,具体误差与信号传播路径上障碍物的遮挡范围有关;绕组的油道结构对信号虽有一定衰减,但对传播时延基本无影响,信号可穿透绕组以近直线传播。     

外联网络对大型变压器中局放信号传播影响的仿真分析

大型电力变压器内部的局部放电信号经绕组向两端传播至监测装置,从而导致作为故障诊断基础信息的放电脉冲信号发生一定程度的衰减、振荡及时延。运用Saber仿真软件,利用典型的局部放电的波形,考虑电力变压器外联网络复杂程度以及变电站另一个变压器对其的影响,研究了局部放电信号在大型电力变压器在线监测系统中的传播特性。     

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。     

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。     

变压器油中局放UHF信号能量与放电量的关系

为研究变压器油中的金属微粒缺陷下局部放电(PD)放电量与超高频(UHF)信号累积放电能量之间的关系,利用50Ω无感电阻测量电流脉冲和超高频电磁波检测系统,对两种检测方法的实验室人工模拟变压器PD信号进行了测量,发现变压器油中的金属微粒缺陷下的局部放电放电量和UHF信号累积能量之间有二次曲线关系,且当电压与缺陷质量增加时,PD的放电量与天线接收的累计能量均会增加。这一结果表明:结合IEC 60270标准,可以通过计算UHF信号累积能量来获取局部放电量,这为进一步系统研究用超高频法定量检测PD的难题,提供了一种有价值的方法和手段。     

用超高频局部放电测量法实现电力变压器局部放电的在线监测

高频局部放电测量法(UHF法)与传统的脉冲电流法完全不同，它采集的被测信号为局部放电过程所产生的超高频电磁波：利用UHF法可有效解决电力变压器局部放电在线监测中的抗干扰问题。文中结合变压器结构设计的放油阀式和人孔／手孔盖式超高频信号传感器安装在220kV和110kV电压等级变压器上，成功地捕捉到变压器内部局部放电产生的超高频信号。对变压器局部放电故障诊断的判据等问题进行讨论，为变压器超高频局部放电在线监测方法的应用积累了经验。     

变压器绕组内局部放电UHF电磁波传播过程研究

采用时域有限差分(FDTD)法,研究了变压器绕组内部局部放电的特高频(UHF)电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。根据一台220 kV变压器的尺寸建立了铁芯绕组仿真模型,利用自适应网格法剖分模型空间,给出了用于模拟局部放电的高斯电流元,置于同一铁芯柱上的高低压绕组之间;仿真了UHF电磁波向外辐射的过程;分析了沿绕组径向和轴向的放电源产生的UHF电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。仿真结果表明:当放电源沿绕组径向时,UHF电磁波主要经过高压绕组的饼间油道传出,相对无绕组情况下衰减3.4 dB。当放电源沿绕组轴向时,UHF电磁波主要经过高低压绕组间的油道传出,相对无绕组情况下衰减1.2 dB。