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。     

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。     

电力变压器结构对UHF局部放电在线检测的影响

研究了油中针-板放电模型在电力变压器模型内部不同位置放电时,铁芯和绕组模型对UHF局部放电在线检测系统的影响。结果表明,内部主要结构部件对UHF局放射频信号能量有明显衰减作用,对UHF检波信号幅值有一定程度的衰减作用,但并未发现对检测灵敏度有显著影响,也未发现存在检测“盲区“。     

基于COMSOL的变压器中超声波传播特性

通过建立变压器仿真模型,分别研究了在局部放电源固定的情况下,声压在空间中的传播规律及其幅值变化情况、放电源位置对信号传播特性的影响及声波在铁心、绕组和变压器油中传播时的衰减规律。仿真结果表明,局部放电声爆炸发生后的1ms内,变压器内部声压的空间分布迅速发生变化,但是1ms之后无明显变化;变压器铁心和绕组中声压的变化幅度比油中更大,局部放电声爆炸以球面波形式的波阵面向周围介质传播;观察点离局部放电源位置越近,接受到的信号幅值越大;声波在铁心、绕组和变压器油中传播时,声压幅值在三个方向上因传播路径的差异随传播距离的增加经历不同的衰减。通过试验验证了仿真结果的正确性。该分析可以为变压器中超声波局部放电检测提供依据。     

电力变压器局部放电超高频检测仿真分析

局部放电作为变压器的常见故障,若能及时发现处理并将其恢复到正常运行状态,将大大减少损失,提高供电可靠性。本文通过超高频检测法与时域有限差分法,分析了局部放电引起的超高频电磁波在变压器箱体中的传播特性,以及变压器箱体结构和铁芯绕组对电磁波信号的传播影响。在软件XFDTD上对局部放电辐射的电磁波在变压器内部的传播情况进行仿真,预测障碍物引起的PD信号到达时延,计算其与理论时延的差值,以此来评估对变压器PD定位精度的影响,并对其进行分析。仿真结果显示,从两个模型输出的数据结果中发现,在障碍物的存在下,引入的PD信号到达会出现估计微分时延。结论为变压器箱体对电磁波有衰减作用,所以传感器应放置于变压器内部;铁芯对电磁波也有畸变与衰减作用。     

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。     

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。     

高压开关设备特高频局部放电信号仿真特性研究

局部放电电磁波信号在通过开关柜缝隙处向外传播时受缝隙的影响而产生衰减变化。在开关柜缝隙处放置传感器是分析局部放电特性的一种方法,它可以接收开关柜中辐射出来的电磁波信号。为研究开关柜缝隙对UHF信号传播的影响,本文采用时域有限差分法对UHF信号的衰减特性进行了建模分析,研究了UHF信号在开关柜缝隙处的辐射场强时域参数变化特性;研究了UHF信号通过开关柜缝隙过程前后辐射场强时域参数变化特性。研究结果表明,电磁波通过开关柜缝隙时各个方向的场强分量是不同的;当电磁波通过开关柜缝隙向外传播时衰减幅度很大。     

变压器局放超声传播FEM仿真分析

为了分析超声信号在变压器内部复杂环境中的传播规律,建立了三维变压器局放模型。采用有限元方法,对超声信号在变压器内部传播、衰减过程进行了仿真计算。仿真结果表明,超声信号在经过箱壁、绕组、铁芯时,产生折反射,幅值衰减较为严重,通过合理设置多个信号观测点,根据其信号初始峰值大小和到达时间,可判断放电源的大致位置和信号传播的路径。     

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。     

变压器油中局部放电信号超高频特性的研究

理论分析表明，局部放电信号所激发的电磁波具有很宽的频谱，它以TEM波的形式向外传播。本文通过实验模拟的方法研究了变压器油中的局部放电脉冲电流波形及所辐射的电磁波特性，实验结果表明，变压器油中的局部放电电流脉冲具有极块的上升沿，能激励起1．5GHz以上的超高频电磁波，它可以通过超高频传感器加以耦合接收，这就为进一步研究超高频检测技术在电力变压器中的应用提供了依据。     

特高频电磁波在变压器放油管道内的传播规律

放油阀式特高频(ultra-high-frequency,UHF)检测方法适用于变压器内部局部放电故障的带电检测。UHF检测装置的工作频带和安装位置是影响其检测灵敏度的关键因素。依据圆波导理论分析了UHF电磁波在放油管道内的传播特性,通过电磁波仿真和实验测试分析了UHF电磁波在放油管道内传播时的衰减程度,探究了衰减机理。研究结果表明,UHF电磁波进入放油管道传播时,低于TE11波截止频率的成分衰减严重,等于或大于此频率的成分几乎不衰减。提出了提高放油阀式UHF检测系统灵敏度的方法,即:传感器的探入位置应尽量靠近变压器内壁;UHF检测系统的频率下限应不低于主模截止频率。此研究成果对于提高变压器局部放电带电检测技术具有重要价值。     

油浸式高压套管局部放电非接触式特高频检测

变压器套管是承担引出线与变压器箱体绝缘的重要支撑装置,现有变压器套管潜伏性放电故障检测技术及时性差且灵敏度较低,而特高频技术抗干扰能力强且可实现非接触式检测。文中提出一种基于特高频检测技术的套管局放检测方法,建立35 kV套管的局放仿真模型并开展真型套管不同类型缺陷的局放试验。所得结论为:电容屏间油纸和外侧油道都是特高频电磁波传播的有效路径;传播过程中横电波(TM波)从-16 dB大幅衰减至-5 dB,横磁波(TE波)初始成分不足1%,主要成分为横电磁波(TEM波);特高频段能量主要集中在0.3~1.5 GHz。通过设置无接触特高频传感器即可实现套管的带电检测,确保电力变压器运行安全可靠。     

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。     

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。     

基于电磁波信号传播衰减模型的变电站局部放电定位方法

分析了局部放电辐射电磁波的空间传播衰减特性,及电磁波接收天线的灵敏度系数,并以此为理论基础,提出了一种新的基于天线阵列和电磁波衰减模型的局部放电定位方法,实现变电站全站的局部放电源定位。该方法在变电站空间建立三维坐标系,推导出天线接收到电磁波信号的峰值与局放源及天线位置之间的关系,从而构建关于局部放电位置的计算模型。该方法只需要检测信号峰值,而不需要计算信号的时延序列,可以大大简化数据采集和处理系统要求。论文分别对电磁波仿真软件得到局部放电信号,及实验室模拟局部放电测试得到的电磁波信号进行分析处理,利用该方法计算局部放电源位置,验证了方法的准确性和可行性。     

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     

局部放电特高频检测校准影响因素研究

局部放电特高频(UHF)法广泛应用于电气设备在线监测,由于UHF信号传递函数的影响因素相当繁复,至今未能实现定量校准。为研究UHF检测技术定量校准的影响因素,分析了典型局部放电源的放电机理,通过试验研究了UHF信号的传播规律以及天线测量特性。研究表明,基于特征参量放电量的UHF检测校准可靠性与放电源有较大关联,电晕放电与悬浮放电的校准曲线更能准确表征设备绝缘缺陷的严重程度,内部气隙放电与沿面放电的准确性则相对较差。UHF信号能量衰减至平稳期所需距离随频率增高而变小,而UHF信号频率变化时不影响传感器在不同角度测量的信号能量衰减变化规律。因此,UHF信号校准必须综合考量具体的放电类型与测量条件。研究结果可为构建UHF校准体系的进一步研究提供参考,对推进UHF法在电力设备故障诊断和绝缘状态评估中的应用具有重要意义。     

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。