劉俊德

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司遼陽(yáng)供電公司，遼寧 遼陽(yáng)111000)

GIS設(shè)備因其占地面積較少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)在電力系統(tǒng)中廣泛使用[1]。而局放信號(hào)的特高頻檢測(cè)法是診斷GIS設(shè)備的運(yùn)行缺陷，提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的主要方法[2]。特高頻的傳播路徑、傳遞介質(zhì)以及檢測(cè)系統(tǒng)都會(huì)使特高頻信號(hào)的波形產(chǎn)生畸變以及時(shí)延影響，這就為準(zhǔn)確檢測(cè)定位設(shè)備內(nèi)部缺陷位置帶來(lái)無(wú)法估量的誤差因素[3-4]。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)特高頻檢測(cè)局部放電的傳播特性做了大量的研究工作。清華大學(xué)的彭映成等為了解決超聲檢測(cè)中首波難于識(shí)別的問(wèn)題，提出了基于互相關(guān)算法的超聲走時(shí)獲取發(fā)射超聲與接收超聲的時(shí)差方法，實(shí)現(xiàn)了高精度超聲測(cè)距[5]。陳金祥研究了沿變壓器繞組軸向和徑向的放電源產(chǎn)生的UHF電磁波向外輻射的傳播路徑和衰減情況[6]。上海交通大學(xué)的劉君華等研究了電磁波沿GIS傳輸時(shí)，信號(hào)波形振蕩時(shí)間以及信號(hào)幅值受傳播路徑以及放電源位置的影響分析[7]。J.G.Yang等研究了220kV仿真GIS模型中電磁波的傳播規(guī)律，研究了典型GIS結(jié)構(gòu)內(nèi)波的傳輸特性，比較了不同結(jié)構(gòu)以及測(cè)量角度下電磁波的時(shí)頻特性[8]。但是，目前缺少GIS腔體內(nèi)傳感器在檢查缺陷的位置選取研究，未開(kāi)展提高檢測(cè)靈敏度的測(cè)量位置有效性探索。

因此，本文為給GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)與定位提供技術(shù)參考，利用XFDTD仿真軟件研究了GIS腔體中局放信號(hào)的動(dòng)態(tài)傳播過(guò)程，重點(diǎn)探討傳感器位置選取對(duì)GIS中特高頻信號(hào)監(jiān)測(cè)靈敏度的影響。

1 仿真模型

圖1為含盆式絕緣子的電壓等級(jí)為220kV的GIS仿真模型的剖視圖。中心位置處的金屬導(dǎo)桿直徑為50mm、長(zhǎng)度為4000mm。在GIS仿真模型的腔體內(nèi)壁分別布置8個(gè)傳感器，編號(hào)為S0-S7，且放置位置間隔距離固定采用隨意放置。8個(gè)傳感器用于采集GIS腔體內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪?。在中間金屬導(dǎo)桿設(shè)置一模擬放電源，該放電源上所施加的高斯脈沖脈寬為1ns、幅值為1A。在圖1所示GIS腔體的中心位置處有一材質(zhì)為環(huán)氧樹(shù)脂的盆式絕緣子。

圖1 含盆式絕緣子GIS仿真模型

2 仿真結(jié)果分析

GIS腔體內(nèi)電磁波傳輸過(guò)程如圖2所示。分別截取t=1.327ns、t=3.641ns、t=4.728ns、t=8.192ns4個(gè)時(shí)刻的GIS腔體內(nèi)電磁波傳播仿真結(jié)果。由此4個(gè)時(shí)刻仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：當(dāng)電磁波從盆式絕緣子的右側(cè)向左側(cè)傳輸，當(dāng)電磁波到達(dá)GIS腔體的中間位置，即在正穿過(guò)盆式絕緣子時(shí)，電磁波的波速將明顯減小。而在電磁波穿過(guò)GIS腔體中的盆式絕緣子后，從圖2中的電場(chǎng)仿真結(jié)果彩圖可得出絕緣子右側(cè)的電場(chǎng)能量明顯高于左側(cè)的電場(chǎng)能量，這也表明了盆式絕緣子的存在會(huì)使得電磁波的能量明顯減小。

圖2 GIS腔體內(nèi)電磁波傳輸過(guò)程

為了更詳細(xì)地分析盆式絕緣的存在到底對(duì)220kV下GIS腔體內(nèi)電磁波衰減有多大影響，本文仿真了同一規(guī)格尺寸下GIS腔體在有無(wú)盆式絕緣子兩種情況下的電磁波首波幅值。將仿真數(shù)據(jù)結(jié)果繪制為圖3。由3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，傳感器離放電源的距離越遠(yuǎn)，那么它所測(cè)得的電磁波首波幅值越小。同時(shí)，含盆式絕緣子GIS腔體內(nèi)電磁波首波幅值明顯小于不含盆式絕緣子GIS腔體內(nèi)電磁波首波幅值。因而，為了對(duì)GIS腔體裝置內(nèi)部的缺陷得到有效檢測(cè)，應(yīng)該避免盆式絕緣子對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響。因此，建議現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)局部放電故障時(shí)，GIS腔體壁上所固定的特高頻傳感器應(yīng)該遠(yuǎn)離腔體內(nèi)部的絕緣子。

圖3 GIS腔體內(nèi)各測(cè)點(diǎn)合成場(chǎng)首波幅值

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了GIS中盆式絕緣子處缺陷激勵(lì)產(chǎn)生的電磁波延著典型傳播路徑向外輻射過(guò)程中UHF首波的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)特高頻電磁波經(jīng)過(guò)GIS腔體內(nèi)的盆式絕緣子會(huì)產(chǎn)生衰減，特高頻電磁波幅值將降低50%左右。因此，為了提高檢測(cè)的靈敏度，GIS腔體內(nèi)傳感器在檢查缺陷時(shí)應(yīng)避開(kāi)盆式絕緣子。