有限时域差分法对GIS局部放电传播的分析

用特高频法测量GIS局部放电所面临的困难是无法标定出视在放电量,并且也无法确定何种因素影响特高频传感器输出信号的强弱.针对上述问题,利用同轴波导模拟GIS腔体结构,并应用有限时域差分法对局部放电辐射的电磁波在波导内传播情况进行仿真.通过仿真数据分析,找出对特高频信号能量产生影响的多种因素,如：放电位置,波导尺寸,放电电流幅值和放电源的脉冲形状.从而阐明了特高频输出信号能量与原始放电脉冲的关系,为进一步探讨GIS放电量特高频标定打下基础.     

基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统

笔者设计了一套基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统,通过不同速率的数据采集模块对GIS局部放电过程中所产生的超高频、高频电流以及超声波信号进行多通道同步联合检测。系统基于LabVIEW虚拟仪器平台开发,可连续捕捉与采集存储局部放电脉冲波形信号、实时计算放电脉冲相位。利用采集的局放信号进行时频分析和模糊聚类实现了多源局放的有效分离和类型判断,同时基于多路局部放电超高频信号与超声波信号本身或两者之间的时差可实现局部放电源的定位。该系统已在多个220 kV及500 kV GIS变电站的局部放电现场检测中得以应用,检测结果验证了系统的性能。     

油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较

为了研究局部放电检测中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系,比较分析了局部放电检测中超高频法和脉冲电流法在原理上的区别。利用脉冲电流法和超高频法对油纸绝缘的几种典型模型下的局部放电活动同时进行测量,比较分析同一模型下的局部放电中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系并探讨了局部放电检测中脉冲电流法对超高频法的标定问题。研究表明,在反映放电活动强弱上,超高频法的参量和脉冲电流法的参量之间有着相同的变化趋势,但是二者之间不存在直接的线性关系。     

GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中的局部放电在腔体中产生超高频(ultra high frequency,UHF)电磁波信号。为研究GIS局部放电源与UHF信号的关系,利用时域有限差分法计算局部放电产生的UHF信号;通过改变放电源和探头的参数,研究了局部放电产生的UHF信号的特性。仿真分析结果表明:UHF信号的幅值与局部放电脉冲幅值成线性关系;UHF信号与放电源的径向位置、放电通道长度、放电脉冲波形以及放电源与探头的夹角有关。单纯 UHF信号很难解释局部放电量的大小,但UHF信号可在一定程度上反映出GIS的绝缘状态。     

利用辐射UHF信号反演局部放电脉冲电流

获取局部放电(PD)特征信息是局部放电特高频(UHF)检测的关键问题之一,研究UHF信号与PD脉冲电流之间的关系有助于绝缘缺陷的诊断.文中从电磁辐射理论出发,计算了变压器油箱外壳等复杂环境影响下的PD脉冲电流辐射场,分析了PD脉冲电流辐射场的横电磁波特性.在此基础上,提出了利用检测UHF信号的时间积分反演PD点脉冲电流的新方法,并讨论了UHF传感器及检测系统频带对PD脉冲电流推测算法的影响.仿真和油中针-板型放电实验结果表明:文中所提出的方法能有效推测PD脉冲电流波形,对变压器PD信号UHF在线监测和智能化诊断有一定的参考价值.     

超高频法在GIS局部放电检测中的抗干扰能力

对GIS中局放脉冲激发的电磁波特性进行了分析,介绍了用于检测GIS中局放的超高频传感器及其传递特性.分析和实测结果表明用超高频法检测GIS中的局放,具有良好的抗干扰能力.     

由UHF信号估算油中尖-板电极局放脉冲波形

从电磁辐射理论出发,建立了局部放电脉冲电流的电磁辐射模型,讨论了变压器油箱外壳对局部放电辐射的影响。在此基础上提出了利用UHF信号估算油中尖-板电极局部放电脉冲电流波形的方法。仿真及模拟实验表明,该法能有效估算油中尖-板电极局部放电脉冲电流波形,可供变压器局放模式识别和绝缘诊断参考。     

GIS局部放电故障诊断试验研究

建立了模型GIS中局部放电在线检测的测量系统,采用特高频(UHF)电磁波测量、常规局部放电测试以及相位分析等方法,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,以求识别放电类型.通过常规局部放电测试与UHF特高频局部放电测量结果对比,可估计UHF信号的放电量,提高UHF特高频局部放电测试在工程中的实用性.     

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。     

Discharge characteristic investigation on surface discharge initiated by metallic particles attached to gas‐insulated substation insulator

The ultrahigh frequency (UHF) method is used for detecting the three kinds of surface discharges started by metallic particles on the spacer insulators in gas‐insulated switchgear (GIS). Three different designs of the same surface defect are applied to ensure the consistency of the results. The present experiments are made on a 220‐kV GIS, which is close to the actual situations to study the surface discharge characteristic. A measuring system for this purpose consists of an oscilloscope connected to UHF sensors. Partial discharge (PD) data was captured by UHF detection using an oscilloscope and stored as phase‐resolved pulse sequence (PRPS) data. Since PRPS data contain the complete information of the PD, PRPS analysis (PRPSA) pattern and three‐dimensional ϕ − q − n (3D PRPD) pattern can be calculated from the recorded PRPS datasets. The PRPSA data also allows us to obtain the actual test voltage (rms) of every cycle, the number of measuring cycles, and phase information of all PD pulses, together with their peak values, so that a statistical analysis of these data can be discussed. Besides, this paper also focuses on the frequency analysis and time–frequency analysis of the single‐pulse time‐domain signal. It is shown that the characteristic parameters obtained from the PRPS data, frequency spectrum, and time–frequency spectrum have the potential to be used as PD characteristic interpretation and further research on PD pattern identification. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

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。     

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。     

基于小波分解尺度系数能量最大原则的GIS局部放电超高频信号自适应小波去噪

抑制干扰是GIS局部放电在线监测的关键技术之一。尽管局部放电超高频检测方法能够有效避开低频干扰,但来自测量系统的白噪声仍然为准确测量局部放电带来困难。为有效抑制白噪声,提高局部放电超高频法的测量精度,本文提出一种用于GIS局部放电超高频信号的自适应小波分解去噪算法,该算法基于每层小波分解尺度系数能量最大的原则,逐层自适应选取最优的小波进行分解,并结合Donoho提出的软阈值法进行去噪。对人工绝缘缺陷产生的四种GIS超高频信号的去噪结果证明了该算法较其他小波算法能更好地去除白噪声且去噪后信号波形畸变较小,具有很好的应用前景。     

Pattern analysis of partial discharges in SF6 GIS

The measurement of partial discharge(PD) of several faults in gas-insulated system (GIS) is discussed. Phase-resolved PD patterns have been measured using three different PD detection measuring systems: according to the IEC 270 recommendations, a VHF/UHF measuring system with narrow band filtering, and the UHF measuring system with wide band filtering. PD patterns are compared using computer-based discrimination tools. The influence of the selected center frequency on the PD patterns is discussed for the narrow band VHF/UHF measuring system. The influence of the number and type of GIS components between the discharging defect and the capacitive coupler on the shape of the PD patterns is analyzed. For several GIS components the signal reduction is studied. It was found that the shape of PD patterns is independent on the used PD detection circuit and the propagation path of the PD signals. As a result, discrimination and classification of PD distributions of several studied defects are possible using digital tools     

Dielectric windows for UHF partial discharge detection

Increasing the permittivity of the propagation medium inside a hollow tube lowers its cut-off frequency, allowing it to transmit a wider range of signal frequencies. This principle is applied to the design of dielectric windows that can be used to facilitate partial discharge (PD) detection at ultra high frequency (UHF) in a HV metalclad plant such as gas-insulated substation (GIS), power transformers and circuit breakers. External UHF couplers mounted on such windows can be removed or replaced without compromising the integrity of the insulation system. By increasing the signal power level incident on a window-mounted external UHF coupler, higher sensitivity to PD can be achieved. The problem is analyzed using waveguide theory and, using GIS as an example, improvements of ≈6 dB are demonstrated by means of coupler sensitivity measurements and experiments using PD sources     

GIS局部放电定位的频域时差读取方法

局放(PD)源定位通常依赖于局放信号时域波形获取时差,然而,当信噪比(SNR)很低或者PD信号的初始脉冲较小时,难以获得PD信号的起始脉冲时间.笔者摒弃对时域PD信号分析,结合GIS中电磁波的传播模式特性,通过FFT变换将时域波形转换为频域PD信号进而在频域研究,提出一种精确获取时差的新算法.采用时域有限差分法(FDT...     

亚纳秒高压脉冲发生器的研制及仿真

以高压脉冲放电管为开关元件研制了一种亚纳妙高压脉冲发生器,实验和仿真表明该发生器可产生上升时间为360 ps,幅值不低于4 kV的亚纳秒高压脉冲信号,并且具有放电稳定、重复性好的特点,可作为研究GIS和电力变压器中局部放电信号超高频特性用的信号源。     

GIS超高频局放信号的数学建模

在已设计的高压导体金属突出物缺陷物理模型的基础上，针对GIS局部放电超高频内置传感器检测到的该缺陷产生的局放信号波形，采用数据拟合方法建立了用于仿真研究的数学模型，通过拟合误差、MUSCI功率谱和FFT分析，证明了所构建数学模型的正确性，并给出了该数学模型参数，最后验证了运用复小波变换技术在白噪声中可以提取该数学模型的超高频局放仿真信号。     

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。