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。     

亚纳秒脉冲用于智能GIS局放IED性能试验的可行性研究

气体绝缘金属封闭开关(GIS)以其占地面积小、可靠性高而在电力系统中得到了广泛的应用,但GIS长期运行过程中不可避免的会产生各种各样的内部绝缘缺陷,并伴随产生局部放电现象,甚至会引起系统故障,因此为保障系统可靠运行,对GIS进行局部放电在线监测具有重要意义。局部放电检测具有电学、声学、化学和光学等多种检测方法,其中电学测量手段主要有脉冲电流法和特高频检测法(ultra-high frequency,UHF)。UHF法测量局部放电辐射出来的电磁波的电场强度,而脉冲电流法测量局部放电引起的视在电荷。UHF法相较于脉冲电流法可提取信号中的特高频成分,具有灵敏度高,可带电监测,智能GIS局放IED(智能电子设备)采用UHF+IED的局放监测方法。文中研究了采用上升沿时间为253.75 ps、半高宽约为1.15 ns、最大峰值电压为532 V(0 dB)的亚纳秒脉冲进行智能GIS进行局放IED性能试验的可行性,结果表明:UHF传感器输出信号稳定;局放IED测量结果与亚纳秒脉冲峰值成正相关关系而非线性关系;当亚纳秒脉冲为30～50dB时,IED测量结果分散性较大;因此亚纳秒脉冲信号可用于进行智能GIS局放IED性能试验。     

基于数值仿真与多源聚类的GIS局部放电诊断与回归分析

为了更有效地指导GIS设备的状态检修工作,基于时域有限差分(FDTD)法仿真与多局部放电(简称局放)源聚类方法,诊断分析了一起1 100 kV气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子局放检测案例。首先,开展了现场与返厂试验下的GIS局部放电带电检测与定位,建立了与返厂测试工装结构相应的FDTD仿真模型,结合特高频(UHF)电磁波传播特性仿真,开展了多源局放定位技术研究。其次利用基于累积能量函数特征参量优化提取的多源局放分离算法,对该盆式绝缘子多UHF信号源开展了聚类分析;最后,利用GIS实验平台的回归模拟进一步分析了绝缘缺陷的检测差异性,验证了现场和返厂试验结果。试验结果表明:该特高压GIS盆式绝缘子检测发现的UHF谱图呈绝缘气隙类缺陷,但脉冲电流法下局放未见异常。局放聚类分析和定位结果表明:该盆式绝缘子一大一小2个UHF信号源,结合仿真的定位方法可有效减小常规定位计算方法的误差。回归分析表明:对于绝缘缺陷来说,UHF的灵敏度高于脉冲电流法,且随着试品电容量的增大,脉冲电流法的测试灵敏度逐渐下降,这可能是导致本盆式绝缘子中UHF信号与脉冲电流法检测差异的主要原因。研究结果可为GIS局部放电诊断提供参考。     

XLPE电缆中间接头局部放电电磁波特性仿真分析

为研究XLPE电缆中间接头中局部放电激发的电磁波特性,建立了10 kV XLPE电缆接头模型,采用有限积分法对中间接头中超高频(UHF)电磁波的模式特性、衰减特性以及检测信号与局放脉冲波形之间的关系进行了仿真分析。仿真结果表明:在中间接头中,电磁波主要以准TEM模式传播,在其内部各处横向电场分量明显大于纵向分量;激励产生的电场强度和信号能量整体上随检测距离的增大迅速衰减,仅在导电硅胶附近由于电磁波反射增强而略有增大;UHF信号的能量由局放脉冲的波形决定,局放脉冲波形越陡,幅值越大,激发的UHF信号越强。     

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。     

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。     

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。     

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中局部放电特高频信号传播特性的仿真分析

气体绝缘组合电器(GIS)内部发生局部放电时,产生的特高频(UHF)电磁波信号中包含了主模TEM波和高次模TE、TM波.为分析这3种模量在GIS同轴管道中的传播、衰减特性,构建了一个首、末两端均带锥型匹配端的同轴波导模型;采用时域有限差分(FDTD)的方法,仿真了置于首端匹配锥内的局放源的UHF信号在同轴波导系统内传播...     

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。     

GIS盆式绝缘子对超高频电磁波衰减的仿真研究

时域有限差分算法对GIS内局放激发超高频电磁波信号经盆式绝缘子的衰减特性进行仿真研究。首先研究了盆式绝缘子对超高频电磁波电场信号强度的衰减作用,指出绝缘子对在GIS腔体内传播的超高频电磁破电场强度衰减较小,对通过绝缘子泄漏到GIS腔体外的超高频电磁波电场强度衰减较大。然后研究了经绝缘子衰减后超高频电磁波电场信号增益的幅频特性,指出在GIS腔体内绝缘子对超高频电磁波的衰减集中在1000MHz以上,而从绝缘子处泄漏到GIS腔体外的电磁波信号其衰减集中在1500MHz以下和3000MHz以上频率。     

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。     

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.     

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。     

GIS中典型局放缺陷的UHF信号与放电量的相关分析

超高频(UHF)信号与放电量的关系是局部放电UHF检测研究的难点问题,为了解GIS局部放电UHF法的检测结果与脉冲电流法的参量之间的关系,通过4种典型缺陷的局部放电模型的实验研究,比较了UHF信号的能量、二次积分、峰值电压、峰峰值、波面积等参量与放电量及放电量平方之间的联系。研究表明,UHF信号能量与其放电量平方的线性关系均具有最高的可决系数,即UHF信号能量与放电量平方之间存在线性关系;得到了UHF信号能量与其放电量之间的最佳回归曲线。研究结果对用超高频法定量检测电力设备局部放电具有重要的参考价值和指导作用。     

The excitation of UHF signals by partial discharges in GIS

The fundamental theory of the UHF method for detecting partial discharge (PD) in gas insulated substations (GIS) is presented. The effects of position, size, current amplitude and pulse shape of the PD source on the UHF signal can be predicted using this theory. Excitation of propagating electromagnetic waves by a PD current pulse within the coaxial waveguides formed by GIS components is explained by making use of dyadic Green's functions for the electric fields of propagating modes. Experiments with a coaxial test chamber are used to verify the theoretical predictions, and comparisons are made between measured and simulated UHF signals. Some implications for the UHF measurement of PD are discussed, together with positioning and sensitivity requirements for UHF couplers. A scheme is proposed for standardizing PD measurements made using the UHF technique     

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。