GIS设备故障的内部特高频检测法的研究.pdf

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1、电力电网GIS设备故障的内部特高频检测法的研究温可明(广东电网公司佛山供电局。广东佛山528000)【摘要】本文针对GIS内部结构比较复杂的现状，通过对超声波在变压器内部不同介质的折、反射规律的研究，找出超声波信号的大小与变压器内部结构相关联的规律，进而初步确定设备内部结构的变化情况。【关键词】GIS；同轴圆锥传输线；UHF；特高频仿真；研究GIS设备内部故障的信号截取主要是通过高灵敏度超声的截止频率f取决于同轴波导系统的尺寸和传输媒质。或特高频传感器实现的，通过内部关键原始特征数据的分2．2锥形匹配结构析，初步显示出设备内部结构的影像图。UHF信

2、号在GIS腔内传播时会发生谐振，为了模拟构建UHF特高频局部放电检测法以其灵敏度高、抗干扰能力电磁波在GIS腔内传播的环境，并尽量消除折反射及谐振，强、可识别故障类型和可定位的优点，广泛应用于GIS、电在同轴波导两端加锥形匹配端。缆和电力变压器的在线监测中。特别是对于GIS而言，该技对于长度为，的同轴波导锥形匹配端，匹配阻抗为：术已经成为最主要的一项在线监测手段，但是目前缺乏统一7：1!呈式(2—4)的标准和科学有效的手段对UHF传感器和检测系统的性能2、Jeotan(O／2)进行标定和评价，造成电网中的在线监测装置质量参差不式中，为真空介电常数，

3、为真空磁导率，ol、o2为齐，严重威胁到整个在线监测产业的健康发展。匹配锥的圆锥内、外半角。本文主要通过对GIS内部的特高频信号进行研究，设计根据真实的GIS腔体尺寸和5OQ的匹配要求，最终设计：了同轴圆锥形匹配腔体作为测量环境，在此基础上利用时域母线外径d=175mm，外壳内径为D=4OOmm，在腔体首、末参考测量法建立了特高频局部放电检测系统的标定平台，提两端分别加锥形匹配，锥体的长度l=500mm，为了减少反射，出了采用频域有效高度、检测系统最小可测脉冲场强峰值和其中末端的锥体加载了一个R=50Q的匹配电阻如图l所示。最大饱和场强峰值作为分别

4、表征传感器接收特性、检测系统的灵敏度和检测范围的量化指标，最后对两种类型的传感器N型头进行了标定，标定的结果符合传感器的使用特点，并在对比测量了同一套UHF检测装置的灵敏度。电阻11=-5001基本概念UHF传感器作为局放检测系统的始端，其性能对于检测图1锥形匹配的同轴腔系统的灵敏度起着至关重要的影响。2．3测量原理由于局部放电产生的UHF信号为瞬态脉冲型式，包含高通过标准脉冲源向同轴腔内注入标定信号，在同轴腔内达数GHz的丰富的频谱分量，扫频测试无法准确反映传感器建立脉冲电磁场。被测传感器可置于同轴腔内部，也可通过和检测系统对于瞬态信号的接收能力

5、。而且扫频测量系统所在同轴腔顶部开窗方式安装。开窗位置选在同轴腔靠近终端必需的扫频信号源等设备极其昂贵，因此对局放传感器和系1／2左右的区域，此处尽量避免了反射回来的电磁波的影响。统进行测试并不适合。设E(f)为同轴腔内被测天线所在位置处的电场，(f)为2基于同轴圆锥传输线的脉冲时域参考测量法’天线输出的电压信号。天线的作用即是将入射电场转换为电当GIS内部发生局部放电时，激励出的UHF信号可分为压信号输出，根据入射电场和输出电压的关系，即可得到天主次模波和高次模波，即TEM、TE和TM波。线的传递函数日(，)，该参数反映了天线的接收能力的大小：2

6、．1同轴波导电磁波信号传播规律)’根据GIS的结构特点，可视为由两个同轴导体构成的同轴波导系统，同轴波导系统中，对于TEM波，系数kc=O，截式中，U(f)为输出电压“(f)的FFT变换，E(f)为入射止波长～，特征阻抗为：电场E(r)的FFT变换，~rCf)即为天线传感器的传递函数，由于电压的单位为V，电场单位为V／mm，所以H(f)的量纲为Zo=：．ln旦：lIl旦I2d．式(2—1)mil，故此也可称其为频域有效高度。对于同样的入射电场而ed’言，天线输出信号的电平越高，则表示其耦合能力越强，也对于TM波，同轴波导T模的截止波长为即有效高度越

7、大。除了频域有效高度外，反映天线接收性能()—D—-d；的参数还有方向图、增益和极化特性等。考虑到在高压设备中传感器的实际安装方式，天线的方向图和极化方向已不具对于TE波，同轴波导TE-模的截止波长为有实质意义，而频域有效高度本质上反映的就是其在不同频()(D+d)率下的增益特性，故此这里将天线的频域有效高度是表征其性能的关键的指标。公式(2—1)、(2—2)、(2—3)中D、d、分别为同轴导考虑到同轴腔中的电场并非完全是均匀分布的，且任一体内外径、介质相对介电常数；n，m=l，2，3，⋯点的电场巨(f)也难以精确测量，使得直接依据(2-1)式来由

8、上述可得，任意频率的TEM波都可以再同轴波导系统准确测量传感器频域有效高度尚且存在一定难度。为此本文内传播；而TE和TEM