GIS中L型和T型结构对超高频电磁波传播影响的仿真研究

运用时域有限差分算法对GIS的中L型和T型分支内局放超高频电磁波的传播进行仿真.研究了L型和T型分支对超高频电磁波时域波形及频率成分的影响,指出L型分支对在GIS腔体内传播的超高频电磁破电场强度衰减程度较为严重,L型分支对电磁波的衰减集中在300 MHz至2 000 MHz以及3 000 MHz以上频率,且某些频率成分的电场强度得到增强;电磁波通过T型分支后,信号各频率成分沿拐弯路径比沿直线路径衰减严重.     

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盆式绝缘子金属外圈及屏蔽内环设计的必要性

笔者以GIS电场分布、局部放电超高频电磁波的辐射及测量以及盆式绝缘子强度与电性能等3方面分析,对盆式绝缘子带金属外圈和屏蔽内环的设计提出质疑,并提出了GIS盆式绝缘子合理的结构设计要求。     

GIS盆式绝缘子结构对局部放电特高频信号泄漏特性的影响研究

外置式特高频传感器是实现GIS局部放电带电检测的主要手段,分析GIS盆式绝缘子与浇筑孔结构对特高频信号泄漏特性的影响具有重要意义。文中基于端口系数法仿真与实测了特高频信号的泄漏特征,考察了敞开式与浇筑孔式盆式绝缘子泄漏特性的差异,分析了浇筑孔形状与尺寸的影响规律,并利用脉冲注入法测试了某特高压GIS内外置特高频信号的特性。结果表明,仿真的泄漏端口参数频带与实验结果一致,敞开式盆式绝缘子的泄漏频带与螺栓数目有关,随螺栓数增加而提高,绝缘子处电场分布情况为垂直于盆式绝缘子电场分量最大,且两个螺栓中间位置电场最大;屏蔽式绝缘子的泄漏频带与浇筑孔形状与尺寸有关,对于矩形浇筑孔,随着浇筑孔长度的增大,基本谐振频率会变小;对于圆形浇筑孔,随着半径的增加,泄漏出更多的电磁波,Sp曲线的谐振频率点更加密集,并且谐振的幅值也会变大。     

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.     

GIS局部放电光、电信号传播特性对比研究北大核心CSCD

GIS局部放电是造成绝缘材料劣化、电气设备故障的主要原因,检测GIS腔体内部的局部放电情况,有助于保证电力系统的安全可靠运行。然而在实际工程中,GIS内部结构较为复杂,不同弯角和绝缘子结构必然会对电磁波和光信号的传播特性产生一定的影响。文中根据252kVGIS的结构尺寸,建立仿真模型,研究不同距离、不同弯角结构、不同绝缘子下电磁波和光信号传播特性的差异,得到电磁波和光信号在设备腔体内部的变化规律。仿真结果表明,随着与放电源距离的增大,电磁波信号在400mm以外电场强度幅值近似呈线性衰减趋势,光信号强度整体呈指数衰减的趋势;L型、T型弯角结构对电磁波和光信号均有较强的衰减,但电磁波在弯角结构中反射严重,原始波与反射波叠加会造成信号强度增加;放电信号在经过不同绝缘子结构时,光信号的衰减远大于电磁波信号,盆式绝缘子比圆盘式对电磁波信号的衰减作用更大,光信号的传播依赖于开孔的大小。文中的研究为实际特高频、光传感器的安置提供一定的理论指导。     

盆式绝缘子金属丝缺陷下电场分布仿真研究

为研究金属丝缺陷对GIS内部盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元分析方法,以实际1100kV GIS内部盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS仿真软件仿真计算存在金属丝缺陷的盆式绝缘子电场分布,并研究金属丝的分布方向、径向距离、长度和宽度对盆式绝缘子电场分布的影响.结果表明:盆式绝缘子内部的金属丝缺陷会使电场严重畸变,电场强度最大值为无缺陷时的10.76倍,且金属丝径向分布时对盆式绝缘子电场的影响更大.盆式绝缘子的电场畸变程度与金属丝分布方向、径向距离及长度有关.     

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。     

GIS金属法兰孔特高频信号传播特性研究与外置式发射天线开发

在未安装内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器的情况下,如何向气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)内部注入UHF电磁波标定信号是目前开展GIS局部放电UHF在线监测系统灵敏度现场校验时面临的关键问题之一。提出了GIS外置式UHF电磁波发射方法,即通过盆式绝缘子金属法兰小孔注入标定信号。通过仿真和理论分析研究了UHF电磁波经过小孔时的传播模式和电场结构,通过加脊降低了矩形波导天线的下限截止频率,研制了双脊波导发射天线,在GIS设备上检验了该发射方法及装置的应用效果。研究表明,UHF电磁波以TE10波型为主模经过小孔传播,双脊波导天线的下限截止频率降到了300 MHz,通过它能够向GIS内部发射300MHz 1.5GHz的UHF标定信号。GIS体外式UHF标定信号注入方法可以为GIS局部放电UHF检测仪器现场灵敏度校验提供标定信号源。     

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。     

Electromagnetic Wave Propagation in a Coaxial Pipe GIS Model

Partial discharge (PD) detection using a UHF band signal is a well known advanced insulation diagnosis method in a gas insulated switchgear (GIS) and has been actively studied. Detailed investigation of detection principles and electromagnetic wave propagation inside the GIS tank is required for significant improvement in sensitivity and accuracy. As the wavelength of UHF-band signals is comparable to the GIS tank size, higher-order modes also appear in electromagnetic waves propagating inside at frequencies at or above a certain value, creating complicating phenomena. This study investigated these phenomena, focusing on experiments with a UHF sensor inside a coaxial pipe as a simplified model of GIS structure, while varying conditions such as sensor shape and installation position (both circumferential and longitudinal), the input method of a simulated PD signal, and the presence or absence of an insulating spacer. On the low frequency side (TEM mode only), the sensor output can be described by an equivalent electric circuit determined by the coupling capacitance between the sensor surface, the center conductor and the tank. At the cutoff frequency of the TE₁₁ mode or above, resonance phenomena appeared, which were related to the pipe length. Further, it was found that installing an insulating spacer inside the coaxial pipe shifted the resonant frequency in a manner closely connected with the spacer position's relationship to the electric field distribution inside the tank.     

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.     

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。     

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。     

运行中的GIS不同部位盘式绝缘子超宽频带局部放电特性试验研究

采用超宽频带局部放电测试系统,研究了玉泉变运行中的110kV电压等级GIS各关键部位盘式绝缘子的超宽频带局部放电信号。试验结果发现,运行中的GIS不同部位的盘式绝缘子具有各不相同的局部放电特征,且放电频率主要集中在300MHz频率段以下,为今后GIS在线监测提供了数值依据。