楊濤+李秀衛(wèi)+趙斌財(cái)

摘 要：特高頻法作為一種抗電磁干擾能力突出、靈敏性高的局放檢測(cè)手段，在局放測(cè)試中大量使用，研究GIS內(nèi)特高頻局部放電信號(hào)傳播特性具有重要的工程實(shí)用意義。本文通過(guò)搭建GIS腔體FDTD仿真模型，仿真分析了特高頻信號(hào)在GIS直腔體內(nèi)的傳播特性，研究了特高頻信號(hào)在對(duì)應(yīng)直腔體中的衰減特性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)特高頻檢測(cè)系統(tǒng)選擇、閾值設(shè)定、傳感器優(yōu)化布置、絕緣故障診斷具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：GIS ；特高頻；局部放電；傳播特性；FDTD

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.132

0 引言

當(dāng)前新建變電站多采用GIS，具有運(yùn)維方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。GIS局放檢測(cè)具有一系列方法，其中UHF法具有以下優(yōu)點(diǎn)：在特高頻電磁波區(qū)段檢測(cè)，從源頭上避開(kāi)了高頻電磁及電暈干擾；能夠進(jìn)行故障點(diǎn)位置的判定，能依據(jù)相應(yīng)的頻譜圖譜實(shí)現(xiàn)故障類型識(shí)別[2]。

當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，GIS腔體會(huì)激發(fā)產(chǎn)生特高頻信號(hào)，其在GIS腔體中傳播特性復(fù)雜[3]。加之現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備眾多，人員缺乏專業(yè)理論，對(duì)特高頻信號(hào)傳播特性不熟悉，這給現(xiàn)場(chǎng)特高頻檢測(cè)的閾值設(shè)定、傳感器優(yōu)化布置、絕緣診斷帶來(lái)較大困難。為此，研究GIS腔體內(nèi)部特高頻信號(hào)的傳播特征十分必要。

1 相關(guān)理論及仿真軟件

1.1 時(shí)域有限差分法

1966年K.S.Yee首次提出時(shí)域有限差分法（FDTD），其直接對(duì)麥克斯韋微分方程組離散求解，能夠解決寬頻、瞬態(tài)電磁場(chǎng)及大尺寸結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算[4 ]。

FDTD差分分割采用中心差商代替微商，同時(shí)對(duì)正六面體進(jìn)行空間分割。三維計(jì)算建模的時(shí)間、空間尺度應(yīng)滿足公式（1），方可確保系統(tǒng)穩(wěn)定：

1.2 仿真軟件

XFdtd是Remcom公司產(chǎn)品，它適合解決大尺寸復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)、具有強(qiáng)大的后處理和自定義腳本功能、能夠支持多種放電信號(hào)源，為GIS的局放試驗(yàn)提供精準(zhǔn)的仿真分析。

2 模型搭建

根據(jù)國(guó)網(wǎng)煙臺(tái)供電公司萬(wàn)華變電站220kV GIS參數(shù)搭建了直腔體的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。局放源設(shè)置在邊界1m處位置。導(dǎo)桿設(shè)置15mm長(zhǎng)的細(xì)線來(lái)模擬內(nèi)導(dǎo)體上的尖端放電。搭建模型的導(dǎo)電桿外直徑為90mm，搭建的腔體內(nèi)徑和外徑分別為320mm、340mm，整個(gè)腔體長(zhǎng)度為5m。

在軸向每100cm的位置設(shè)檢測(cè)點(diǎn)，所有檢測(cè)點(diǎn)均在腔體內(nèi)壁，如圖1。

局放信號(hào)可用高斯脈沖信號(hào)等效，但需滿足上升時(shí)間<300ps。本文設(shè)置高斯模擬信號(hào)的脈寬為1ns，幅值10mA。高斯脈沖時(shí)域形式：

決定了高斯脈沖的寬度，時(shí)，峰值出現(xiàn)。圖3所示時(shí)域、頻域波形為1ns的高斯脈沖，上升時(shí)間約200ps。

3 傳播特性仿真分析

不同檢測(cè)點(diǎn)仿真得到的電場(chǎng)峰值如下表所示。

距離放電源1m和2m出檢測(cè)到的電場(chǎng)信號(hào)如圖3、圖4所示。由圖可知，通過(guò)仿真分析特高頻信號(hào)在GIS直腔體內(nèi)的傳播特性，發(fā)現(xiàn)特高頻信號(hào)在直腔體中每傳播1m衰減2.2dB。

4 結(jié)論

本文根據(jù)所轄的萬(wàn)華站220kV GIS設(shè)備，在XFdtd軟件中建立了局放直腔體仿真模型，分析了UHF信號(hào)在其中的傳播特性。主要結(jié)論如下： UHF電磁波在直腔體內(nèi)傳播，主要激發(fā)出橫電磁波。電磁信號(hào)時(shí)域峰值在腔體內(nèi)傳播呈衰減趨勢(shì)，每傳播1m大約衰減2.2dB。通過(guò)研究特高頻信號(hào)的傳播特性，可指導(dǎo)工程現(xiàn)場(chǎng)UHF檢測(cè)系統(tǒng)選型、傳感器的布局、放電強(qiáng)度的判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1]董學(xué)燦.GIS變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2010.

[2]段大鵬.基于UHF方法的GIS局部放電檢測(cè)與仿生模式識(shí)別[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

[3]楊景剛，史文，黎大健.GIS直線與L型結(jié)構(gòu)中電磁波傳播特性的仿真研究[J].電工電能新技術(shù)，2009（v01）：51-55.endprint