电力变压器局部放电特高频信号外部传播特性研究

针对变压器箱体的接缝处可以衍射出局部放电特高频(UHF)电磁波信号的现象,在分析变压器箱体接缝对局部放电特高频电磁波传播影响的基础上,探讨了接收天线外部检测特高频信号的可行性,并通过实验研究了局部放电特高频电磁波的外传播特性,通过对信号进行小波包分析,比较了外部接收和内部接收信号的差异.结果表明,特高频电磁波可以透过变压器箱体接缝衍射出来,且频两者谱能量分布并非完全一致,外部检测到的特高频信号距离接缝的远近具有不同的表现形式,强度随着变压器箱体缝宽增大而增大.研究工作为变压器局部放电外部检测提供了理论指导.     

变压器绕组对局部放电电磁波传播特性的影响

为了研究变压器绕组对局部放电电磁波传播特性的影响,根据一台330kV变压器绕组的实际结构,建立了变压器绕组仿真计算模型。采用时域有限差分法(FDTD)研究了局部放电发生在绕组内部和外部时,变压器绕组对电磁波时域波形幅值的衰减规律,以及在相同的条件下绕组对局部放电电磁波频谱分布的影响,并通过与无障碍空间中传播时局部放电电磁波的频率特性进行对比,得到了局部放电电磁波不同频率段的频率幅值和,及其在总频率幅值和中所占的比例。研究发现:绕组对内部放电和外部放电产生的局部放电电磁波传播特性的影响不同,绕组对内部放电产生的不同频率段电磁波的幅值有增强的作用,而且对1 000~2 500MHz高频段的增强作用比其他频率段强;绕组对外部放电产生的电磁波幅值有较强衰减作用,穿过绕组后电磁波的幅值至少衰减为无障碍空间时幅值的70%。     

变压器现场超高频局部放电信号的时域特征分析

对安装在同一台变压器上的两个超高频天线传感器连续采集的电磁波信号进行时间差和累积能量比分析,采用高斯函数对电磁波时域信号进行拟合,并通过拟合曲线相似度归纳了现场超高频信号的特征拟合曲线.分析表明,时间差与累积能量比的关系可以用来判断安装在不同位置的传感器同时采集的变压器局部放电电磁波信号是否来自同一个放电源;两个传感器同时采集到的来自同一放电源的电磁波应具有较高的相似度,有助于更准确地判断电磁波是否来自同一放电源;时域拟合波形能够去除由于微小干扰导致的波形差异,能够判断变压器局部放电类型,从而可以通过超高频局部放电电磁波信号对变压器实施局部放电故障诊断.     

直线及L型GIS模型电磁波传播特性研究

为了对GIS中局部放电的特高频电磁波信号的传播特性进行更深入的理解,使用FDTD算法对直线及L型GIS模型进行了仿真计算.对仿真信号进行时域和频域分析,对比了直线型和L型结构对电磁波传播的影响,研究了不同角度接收到的信号的差异.研究结果表明,对于直线型GIS,在腔体中相对激励源0°和180°的信号峰峰值呈衰减分布,总能量呈振荡平稳分布,而90°的信号峰峰值和总能量则呈平稳分布.对于L型GIS,由于L型结构的影响,经过L型结构后,在相对激励源0°和180°方向上信号能量和幅值会衰减70%左右,而在90°方向上会衰减50%左右,不同角度接收到的信号含有不同的电磁波模式.     

变压器局部放电超高频信号传播特性仿真分析

变压器内部产生的超高频(UHF)电磁波信号在传播过程中,有很多因素会影响传感器所检测到的信号波形和能量.为了研究影响因素与UHF信号的关系,构建了变压器仿真计算的物理模型,并用时域有限差分法计算变压器内局部放电产生的UHF信号,通过分析UHF电磁波信号的幅值和能量累积曲线,研究了绕组和铁心、检测点与激励源间的距离、检测点附近不同金属导体位置等因素对UHF信号的影响.该研究结果有助于对UHF信号传播特性的理解以及提高信号检测的准确度.     

一种水下电磁测距的新方法

基于电磁波在海水中传播时产生的传播衰竭和传播相移随距离变化的对应关系,提出了将接收的电磁信号的幅度与相位分离处理后利用相位特征量进行比相测距的新方法,还进一步讲座了预先确知信号条件下采用直接比相测距,任意信号条件下采用间接比相测距的两种方式,通过推算与水池试验的验证,利用电磁辐射源在水下运行时伴随的传播相移不仅可以实现单站被动测距,并且可以获得较高的距离分辨率与测距精度。     

UHF局部放电信号包络检波电路设计与实现

气体绝缘组合电器局部放电产生的特高频信号频率大多分布在300 MHz～1.5 GHz,直接对特高频原始信号进行采样和分析,要求系统必须具备较高的采样率,导致需要处理传输的数据量巨大,成本高昂,工程应用困难.而气体绝缘组合电器局部放电产生的特高频信号的包络波形同样携带着大量的放电缺陷特征信息,对提取的包络波形进行采样处理,一方面可以大大降低对系统采样率的要求,另一方面也保留了局部放电缺陷大部分的特征信息.根据气体绝缘组合电器局部放电产生的特高频信号特性,设计实现了一种适用于气体绝缘组合电器局部放电产生的特高频信号的包络提取检波电路,实测结果表明,该检波电路响应速度快、惰性失真小,提取的包络波形与特高频原始信号的轮廓基本一致,较好地保留了气体绝缘组合电器局部放电所携带的特征信息.     

六氟化硫氛围针-板电极尖端放电演化特征分析

为研究SF6气体绝缘设备在尖端缺陷下局部放电演化特征,模拟GIS中可能出现的尖端缺陷。采用脉冲电流法测量了尖端放电脉冲序列,同时利用局部放电检测仪测得放电的PRPD谱图,分析了SF6气体中尖端放电的演化特征。为进一步确定GIS中尖端放电的发展过程及危险度,采用内外置特高频传感器采集到局部放电的特高频电磁波信号,获取了放电PRPD谱图,分析了尖端放电演化过程。结果表明,随外施电压增加,尖端放电的正半周幅值明显高于负半周,正、负半周的上升沿和下降沿放电量随外施电压增大而增大。当GIS内存在尖端缺陷时,在外施电压远低于GIS正常运行电压时就已经发生放电,且放电结果和实验室模型中结果一致。因此,可以考虑采用实验室模型来研究220k V GIS中尖端局部放电发展过程。     

城市环境下电磁波传播特性分析

为进一步掌握城市环境下电磁波的传播特性,选取Hata和Cost231-Hata经验模型,结合Matlab仿真软件,从电磁波频率、传播距离、发射天线位置、接收天线位置等几个方面着手,分析电磁波传播特性。     

变压器绕组局部放电脉冲响应的相关分析及电气定位

为了对电力变压器中的局部放电源进行电气定位,研究了局部放电脉冲在变压器绕组中的传播过程及其在变压器外部测量端引起的响应。该文采用模拟试验和仿真分析相结合的方法,组建了放电脉冲模拟电流的产生装置,据此在变压器绕组上进行了试验,并建立了相应绕组的等效电路进行了仿真分析。试验中在绕组端部检测点得到的实测响应和仿真中所得到的分析结果具有一定程度的相似性。提出了变压器绕组中局部放电的一种电气定位方法,通过局部放电信号和仿真响应的相关系数,来确定局部放电位置。     

用于油中局部放电定位的超声相控接收阵传感器的研究

基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法,研制了16×16阵元的相控超声波接收平面阵传感器.使用相控阵理论对该传感器的特性进行了理论分析,模拟实验表明,在变压器中能接收到局部放电产生的超声波频带内,阵元的接收性能是良好的.以触发压电超声波源的电脉冲信号作为时间基准,对单一的和2个同时发射的、用以模拟油中局部放电的压电超声波源进行了定位实验.结果表明,利用该传感器对压电源的定位在传感器正法线处的系统误差小于2%,且能在一次检测中实现多超声波源的定位,故该传感器可以用于变压器中局部放电的定位.     

局部放电超声波信号的检测及预处理

研制了局部放电超声波检测系统，并对局部放电模型的放电特性进行了研究．比较了电荷放大器和电压放大器对局部放电超声波的接收，设计了十阶高通、六阶低通滤波器构成的101～273kHZ带通滤波器，对经硬件滤波后的采集信号进行了小波包分解与重构．研究表明：电荷放大器比电压放大器能更好地接收小电容值的压电传感器耦合的超声波信号；带通滤波器能有效地抑制背景噪声和工频干扰；对小波包分解后的低频重构信号设定特征量及其容限，在小波包重构时能分离出电磁波．对超声波信号采用这种软硬件结合的预处理措施能达到满意的抑制各种噪声和干扰的效果．     

一种检测电力变压器局放信号的离散小波算法

大型电力变压器经常发生局部放电现象,必将导致绝缘层破坏,停电事故发生甚至变压器解体,因此,必须在线检测局部放电信号.作者分析了可能存在的各种干扰源及其特征(包括干扰源频率的分布范围),讨论了各种干扰源进入检测系统的3种途径并提出了相应的抑制措施,设计了用于计算机模拟的局放检测信号.针对高频的局放信号,提出了一种改进型快速小波变换分解及重构算法,对仿真的局部放电信号进行了分解与重构.该算法对低频信号具有较低的频率分辨率,而对高频信号具有较高的频率分辨率.仿真结果表明,改进的快速小波变换分解与重构方法能有效地滤除强载波干扰,不失真地提取出局部放电信号幅值及其放电时间.     

基于等角螺旋天线的GIS局部放电在线检测研究

对GIS局部放电的产生进行了分析,介绍了GIS局部放电的几种检测方法。着重论述了GIS特高频检测法和平面等角螺旋天线,探讨了如何使用特高频局部放电传感器进行现场测试。     

一种电磁波电阻率测井仪的设计实现

本文介绍了一种电磁波电阻率测井仪的电路实现.电磁波电阻率测井仪周期地发射特定频率的电磁波并接收回波,通过检测不同接收天线接收同一频率信号的相位差来判断地层介质的电导率.继而可以由不同地层的电阻率得到该地层的石油含量.本文讨论的电磁波电阻率测井仪经过近两年的研制,已成功制成实验样机,在同一实验井与进口测相仪器进行了测井曲线对比,得到了满意的结果.     

模拟气体绝缘组合电器产生不同局部放电的试验装置研制

针对现有直线型气体绝缘组合电器(GIS)局部放电模拟实验装置的不足,研制了一种可变结构的GIS模拟实验装置,可方便地实现对T型、L型和直线型GIS结构的模拟。通过超高频电磁波传播特性和材料应力分析,给出了装置的结构尺寸和材料选择参数,从进行的单一和多缺陷产生的局部放电试验表明,该装置能够激发出不同绝缘缺陷产生不同频段的超高频TE波和TM波局部放电信号,且具有各自特点和差异,这为深入研究GIS不同绝缘下产生的局部放电电磁传播特性、产生条件、超高频检测方法以及缺陷辨识等提供了可靠地实验研究手段。     

冲击电压下局部放电信号的测量与分析

设计了基于高频电流法的冲击电压局部放电测量系统,获取了油中针板模型在击穿闪络、局部放电、耐压等实验工况下的信号特征。该实验为工频局部放电实验的拓展实验项目,为现场实际的电力设备局部放电检测及故障诊断提供了典型图谱,初步验证了冲击电压下局部放电检测技术的有效性。     

甚低频远程遥控信号传输特性分析及接收方法

分析甚低频电磁波传播路径与方式,给出场强的计算公式。推导了海水中的基本电磁波方程,分析了电磁波的入水深度和入水后相位的变化,特别是电场和磁场分量从水面传播到水下时场强的衰减,并初步估算了甚低频遥控信号的入水深度。采用正交天线,不论信号来自任何方向,它接收到的都是最大值。     

气体泄漏对全封闭组合电器局部放电影响的仿真分析

气体泄漏对气体绝缘全封闭组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电的影响有待研究,但缺少相关研究手段。为此,首先提出等效相对介电常数的概念,推导等效相对介电常数与气室压强、温度、分子数等的关系,从极化原理上分析其表征气体泄露程度的可行性;然后利用XFdtd三维电磁场仿真软件建立同轴波导结构自由金属微粒缺陷下的局部放电(partial discharge,PD)模型,仿真分析发生气体泄露后的局部放电情况;通过对特高频(ultra high frequency,UHF)电磁波时域信号与放电频谱的分析,探究气体泄漏的影响。仿真结果表明,基于等效相对介电常数气体泄漏对GIS局部放电影响的分析得以实现,同时揭示了脉冲宽度、主频、信号幅值等特征量的变化规律。     

电力设备局部放电特高频电磁波数值计算技术研究

利用时域有限差分法(FDTD),采用单轴介质完全匹配层(UPML)作为理想的吸收边界条件,比较了UPML与完全匹配层(PML)边界条件的电磁波吸收效果,推导了相应数值离散方法和迭代过程。以气体绝缘全封闭组合电器(GIS)局部放电为例,基于M语言,建立了特高频电磁波仿真模型及编制了数值计算模型,探讨了数值稳定性条件和数值色散,对比研究了硬源和软源激励以及UPML和PML边界条件下的电磁波仿真差异,并仿真计算了GIS内部和泄露电磁波的传播特性及波导模式特性。计算结果表明:UPML边界条件对于电磁波的吸收效果好于PML;金属和非金属缺陷产生的局部放电电磁波可分别用硬源和软源脉冲电流激励来模拟,硬源下电磁波峰峰值为软源下的5倍;GIS内部最大电场强度方向为垂直于GIS的行波方向,而泄露电磁波最大电场方向则平行于其行波方向,两者频谱与GIS波导模式基本吻合,两者差异主要是因盆式绝缘子与金属螺栓所形成的缝隙天线的自有频响特性所造成的。