气体绝缘组合电器中电磁波特性研究

研究气体绝缘组合电器(GIS)中的电磁波传播特性对于其内部的故障检测至关重要。为了提高局部放电检测水平,采用三维电磁仿真软件HFSS对三相共筒式GIS内存在的毛刺缺陷进行了建模和仿真计算。结果表明:当采用脉宽为1 ns、幅值为10 V的波端口脉冲电流作为局部放电的激励源时,与共轴式GIS中电磁波传播不同,局部放电产生的超高频电磁波在三相共筒式GIS内主要沿着三相高压导体间传播。在实验室三相共筒式GIS模拟缺陷装置上,对安装在绝缘子上的天线传感器和腔体内表面传感器进行了局放测量的对比,测验结果与仿真计算结果一致。     

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。     

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。     

GIS中局部放电电磁波同轴传播特性仿真研究

为了对GIS中局部放电产生的电磁信号的同轴腔体传播特性以及结构影响因素进行较为深入的研究,笔者采用有限时域差分方法(FDTD)建立GIS同轴模型,对同轴谐振腔、电磁能量泄漏、发射天线条件等不同因素对局部放电电磁波传播的影响进行了仿真分析。仿真分析可知,两端金属封闭条件下电磁波传播模式不再是简单的同轴腔体下的传播形式,而可看作为一个电磁传输品质系数较低的同轴谐振腔,从而引发更为复杂的高次模波频率成分;盆式绝缘子连接处电磁波能量的径向泄漏会影响后端检测的信号幅值,并且传播模式较高电磁波成分经过绝缘子后衰减较大;金属尖刺或突起不仅起到电磁波激励源的作用,其存在同样也有利于电磁波的传播。     

GIS局部放电电磁波信号的传播特性研究

为研究局部放电电磁波在GIS中的传播特性,采用时域有限差分(FDTD)法仿真进行建模和仿真计算.仿真结果表明GIS中的电磁波信号经过绝缘子衰减较大,且由绝缘子泄漏到GIS外面的电磁波信号存在截止频率;电磁波信号经过L型分支的衰减比经过绝缘子更大;电磁波信号经过T型分支垂直路径的衰减比直线路径的衰减更为严重.     

基于FDTD的GIS中电磁波传播特性仿真研究与分析

该文采用时域有限差分法研究电磁波信号在GIS中的传播特性,从而为GIS局放超高频在线检测提供借鉴与参考。首先参照GIS实际试验装置进行建模,然后分别研究了激励源脉冲宽度与幅值对电磁波传播的影响、电磁波在GIS筒体内传播的时延特性、GIS结构变化对电磁传播特性的影响。仿真结果表明,电磁波信号幅值与衰减速度与激励源的脉冲宽度与幅值关系密切,利用此特征可以帮助判别局放源的种类和严重程度;电磁波信号在GIS内传播时呈现明显的时延和幅值衰减特性,此特征有利于进行局放源的定位;GIS结构变化对电磁波的幅值及信号特征均有影响,因此应按传播特性选择传感器放置点,以取得更好的检测效果。     

实测信号激励条件下GIS局部放电的电磁波传播特性研究

笔者主要分析GIS典型绝缘缺陷引起的局部放电(PD)过程,并应用FDTD算法,分别以理想的高斯脉冲信号和真实PD电流信号为激励源,研究电磁波在GIS内部的传播特性,结果表明:PD实际电流信号与理想高斯脉冲激励下的电磁渡相差较大,PD超高频电磁波传播特性仿真研究宜采用实测PD信号作为模拟激励源.     

绝缘子对GIS中电磁波传播特性影响的仿真研究

特高频检测方法是GIS局部放电的有效检测方法。特高频电磁波信号在GIS中的传播会影响到其检测精度、检测结果的分析等。以220 kV GIS为基础,构建了无绝缘子和含有不同厚度绝缘子的仿真模型,基于时域有限差分算法(FDTD)仿真研究了绝缘子对GIS中电磁波传播特性的影响。研究结果表明电磁波信号经过绝缘子时会有约60%的衰减,绝缘子厚度则对GIS内电磁波信号的传播影响不大。     

An Introduction to Electromagnetic Surface Wave Propagation

The problem of radiation of a surface wave by an elemental vertical electric dipole on an impedance plane is formulated in terms of a surface integral. This integral is solved approximately in one dimension, while integration with respect to the second dimension is achieved through Laplace transform methods. The result is the same as that obtained through the classical formulation using a spectrum of plane waves, but the use of a constant surface impedance avoids the difficulties of solving a boundary-value problem. The influence of the Fresnel zones is clearly indicated, and the effect of electrical parameters of the surface is discussed. Since the treatment is simpler and more compact than the usual classical solution, while retaining nearly all the salient features of the latter, it may prove useful as an introduction to surface wave propagation at the introductory graduate level.     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

Examination of Electromagnetic Mode Propagation Characteristics in Straight and L-Section GIS Model Using FD-TD Analysis

It is an effective method of insulation accident prevention for gas-insulated switchgear (GIS) to detect a partial discharge (PD) that occurs as a preceding phenomenon for an insulation accident. Among various methods, a PD detection method based on the detection of electromagnetic emission through measurement of the UHF band (300 MHz to 3 GHz), which is relatively free of influences from external noises, is drawing attention as an effective method in terms of extensive and highly sensitive detection. This paper describes conducting EM-wave propagation analysis on GISs with L-sections using the finite difference-time domain (FD-TD) method and examining the influences of the Insertions on the propagation characteristics of EM-wave modes with comparison of straight GIS part. As a result, this study identified that, even on a straight GIS, the velocity dispersion characteristic of high-order modes resulted in a decrease in the crest value even if there is no reflection or conductor loss in the discontinuities. And that mode conversions and reflections in L-sections also resulted in a decrease in the crest value.     

L型及T型气体绝缘开关模型中电磁波传播特性的仿真研究

采用有限时域差分方法对L型及T型气体绝缘开关(gas-insulated switchgear,GIS)模型中电磁波的传播特性进行仿真计算,分析L型及T型结构GIS中电磁波的分布及其对自身传播特性的影响。研究表明,受速率色散特性的影响,在GIS腔体的直线部分,随着接收点远离激励源,接收电磁波信号的峰-峰值呈衰减分布,但总体能量变化不大。对于L型及T型结构的GIS,在经过L型及T型结构后,信号能量衰减很大。信号频域分析表明,在0°方向存在横电磁波和横电波的11型模波TE11、21型模波TE21和31型模波TE31等高次模波,而在90°方向只存在横电磁波和T21型模波,且信号频率分量的不同导致在不同接收方向上信号能量的分布也会有差异。     

L型GIS管道对电磁波传播的影响及等效电路建模

在GIS管道中传播的电磁波,在诸如拐弯、盆式绝缘子及套管等结构改变的位置,其电磁场分布会产生局部的畸变。这种畸变通常以集总电路元件的形式补偿到描述电磁波的传输线模型中。本文针对管道L型拐弯讨论了由电感和电容组成的π型和T型两种等效补偿电路。基于电磁场仿真得到的L型管道的二端口网络参数,运用传输线理论导出了补偿电感和补偿电容的计算公式。结合某特高压GIS管道尺寸参数,计算得出π型补偿时补偿电容大约在15~40p F,补偿电感大约在0.08~0.23μH,且随频率变化;T型补偿时,电容值大约在15~32p F,电感值大约在0.1~0.2μH。比较了考虑和不考虑补偿电路两种情况下传输特性的差异,结果表明,两种情况下终端负载上的时域电压波形的差异与负载阻抗大小有关,总体来说终端开路和短路时差别大,匹配时差异小。     

矿井无线通信系统中电磁波的传输

针对目前煤矿井下无线通信的状况,本文主要研究了矿井无线通信的频段以及电磁波在矿井矩形、拱形巷道内的传输衰减,分析了在矿井巷道内频率、截面、弯曲、分支、支护等多种因素对电磁波传输产生的影响,并通过仿真得出900～1000MHz为矿井无线通信的较佳工作频段。     

GIS中局部放电与超高频电磁波关系的仿真研究

GIS内部由于存在各种绝缘缺陷而发生局部放电时,会激发起数百MHz至数GHz的超高频(UHF)电磁波在GIS腔体内传播。笔者根据电磁波在同轴波导中的传播理论,运用有限差分时域(FDTD)算法,对局部放电脉冲波形与其激发UHF电磁波之间的关系进行了仿真分析。首先研究了局部放电量与电磁波电场强度的关系,指出在一定的局放脉冲电流变化率下局放量的变化对电磁波电场强度的影响较小;然后研究了局放脉冲电流变化率与电磁波电场强度的关系,指出在局放量一定时二者近似呈线性关系;最后研究了局放脉冲电流变化率对电磁波中高次模成分的影响,运用变异系数对高次模成分在电磁波中所占比例大小进行分析,指出高次模成分所占比例随局放脉冲电流变化率的增大而增大。     

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。     

局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析

为进一步揭示GIS中局部放电电磁波的传播特性,采用FDTD方法仿真分析了GIS中局部放电产生的电磁波信号的传播路径及其与信号波形之间的关系并在真实GIS中进行了相关试验研究。仿真和试验结果均表明局部放电电磁波在GIS中的传播路径与局部放电源的位置相关,且检测的电磁波信号波形受电磁波传播路径的影响也不尽相同。局部放电源靠近GIS内导体时,检测位置φ不同时的电磁波信号波形相似,且各电磁波信号的初始脉冲均较大,其传播路径为直线路径。局部放电源靠近GIS外导体时,电磁波信号波形与检测位置φ相关,在φ=0和φ=180°处检测的信号中有大脉冲出现,其传播路径为沿GIS外壳内表面绕向传播路径。     

隧道中无线电波多径传播特性及仿真

隧道中无线电波多径传播非常严重,通信质量急剧下降。多径传播特性的研究对隧道内无线通信系统的设计具有重要的意义。通过分析和研究隧道中多径传播的衰减和时延特性,建立了多径信道的衰减和时延模型,给出了单频信号、窄带信号和宽带信号多径衰落的统计特性,并对多径信号的合成进行了仿真,为抗衰落技术的应用打下了基础。     

隧道中无线电波多径传播特性及仿真

隧道中无线电波多径传播非常严重,通信质量急剧下降.多径传播特性的研究对隧道内无线通信系统的设计具有重要的意义.通过分析和研究隧道中多径传播的衰减和时延特性,建立了多径信道的衰减和时延模型,给出了单频信号、窄带信号和宽带信号多径衰落的统计特性,并对多径信号的合成进行了仿真,为抗衰落技术的应用打下了基础.     

Partial Discharge Diagnosis Method Using Electromagnetic Wave Mode Transformation in Actual GIS Structure

The diagnosis algorithm using ultra high frequency (UHF) method with the higherorder electromagnetic wave (EM-wave) was examined as the advanced partial discharge (PD) diagnosis method in a gas insulated switchgear (GIS) in the former paper. Previous studies evaluated the characteristics of EM-waves propagated in a simple coaxial cylindrical pipe, or through an L-shaped or a T-shaped pipe formed by combining these. In the present study, components (a hand hole, a post-type spacer, etc.) present in an actual GIS structure were identified, and an evaluation done mainly through an analysis on what effects their presence has on the mode transformation of EM-waves propagated inside a GIS tank. The direction in which a GIS tank is bent is horizontal (0°) in the L-shape structure. If there is either a post-type spacer or a shield ring inside, and the signal source is in the 0° direction, the distribution of the EM-wave strength varied according to through the L-shape structure. Also in the case of a Tshaped structure, the distribution of the output after signals are transmitted through the T-shaped junction varied depending on each component. Based on these characteristics, the diagnosis algorithm for PD with higher-order mode EM-waves was improved taking into account the effects of various components existing in an actual GIS, and a PD diagnosis method more suitable for an actual structure was established.