GIS局部放電UHF電磁波傳播特性仿真研究

摘 要：仿真研究了GIS中局部放電UHF電磁波的傳播特性。結(jié)果表明，GIS盆式絕緣子對局放電磁波有衰減作用，鄰近局放源的第一個絕緣子比其他絕緣子對電磁波的衰減作用更強，局放電磁波在經(jīng)過絕緣子傳播時，電磁波的能量分布會發(fā)生變化，能量集中的頻點“上移”。

關(guān)鍵詞：GIS；超高頻；電磁波；CST

引言

GIS因其可靠性高，占地面積小、維護簡單和檢修周期長等優(yōu)點而在城市電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于GIS的運行電壓高，且其內(nèi)空間極為有限致使其內(nèi)部電場強度很高，因此一旦GIS內(nèi)部出現(xiàn)某種缺陷，極易發(fā)生設(shè)備故障。研究表明，GIS的常見故障為絕緣性故障，且多由局部放電引起[1]。

GIS內(nèi)部產(chǎn)生的局放是一系列具有極短上升時間的脈沖。就單個局放脈沖而言，其上升時間可短至1ns以下，包含從低頻到數(shù)GHz頻率成分的能量分布[2-3]，并且在GIS中激發(fā)出UHF頻段的電磁波[4]。

1 電磁波在同軸波導(dǎo)中的傳播理論

根據(jù)單相GIS結(jié)構(gòu)，將其簡化為一個內(nèi)徑為2a，外徑為2b的同軸波導(dǎo)，其中a為導(dǎo)體半徑，b為GIS外殼內(nèi)半徑，如圖1所示。研究表明，GIS腔體內(nèi)局部放電激勵的電磁波信號中存在橫電磁波和高次模波，即TEM和TE、TM波。

由圖3，當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時，對于同類型的檢測點，電場強度的幅值隨著傳播距離的增加而減小。電磁波信號幅值在經(jīng)過第一個絕緣子時產(chǎn)生較大衰減，而在第二個和第三個絕緣子前后的衰減較小。這是由于電磁波的高次模分量在經(jīng)過第一個絕緣子時因絕緣子的反射和泄漏等損耗而迅速衰減，從而造成信號的較大衰減，并使得第一個絕緣子后的電磁波信號主要以TEM模分量為主，此信號再經(jīng)過絕緣子時的衰減程度就會小得多。

3 結(jié)束語

文章采用有限積分軟件對GIS中局放電磁波的傳播特性進行仿真研究，得到以下結(jié)論：

（1）GIS盆式絕緣子對局放電磁波有衰減作用，鄰近局放源的第一個絕緣子比其他絕緣子對電磁波的衰減作用更強；

（2）局放電磁波在經(jīng)過絕緣子傳播時，電磁波的能量分布會發(fā)生變化，能量集中的頻點“上移”。

參考文獻

[1]CIGRE TF 15/33.03.05. PD Detection System for. GIS： Sensitivity Verification for the UHF Method and the Acoustic Method[C]. Electra， 1999， 183： 75-87.

[2]劉君華，王江，錢勇，等. GIS中電磁波傳播特性的仿真研究[J].高電壓技術(shù)，2007，33（8）：139-142.

[3]王江，錢勇，劉君華，等. GIS中局部放電與超高頻電磁波關(guān)系的仿真研究[J].高壓電器， 2008，44（5）：456-459.

[4]HOSHINO T， KATO K， HAYAKAWA N， et al. A Novel Technique For Detecting Electromagnetic Wave Caused by Partial Discharge in GIS[J].IEEE Trans on Power Delivery， 2001，16（4）： 545-551.

作者簡介：葉海峰（1982，1-），男，博士，研究方向為大型電力設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷。