摘要：利用气体绝缘组合电器去进行一定的检测，提出了在盆式绝缘子屏蔽的条件下，诊断它的一种新型的传感的工具，采用一些分析法，研究了对于局部的信号和内部均压的情况。针对它的特征展开了一系列的研究，并与商用的一些传感器进行了许多方面的比较。
关键词：气体绝缘内部均压；诊断
Abstract：to use the gas to be detected insulated switchgear, proposed in the insulator shielding conditions, the diagnosis of a new type of sensor which uses some tools, analysis method, research the local signal and the internal pressure of the. A series of studies have been carried out according to its characteristics and compared with some commercial sensors.
Key words：gas insulation; internal pressure；diagnosis
1.前言
气体绝缘组合电器在实际运行中会发生一系列的故障，而这一系列故障早期的表现形式是产生局部放电，局部放电是引起其他方面出现问题的主要原因。局部放电的特征可以通过一些检测来第一时间发现存在的一些缺陷，来保证其他方面的正常运行。因此在国内和国外电力部门很重视对于其绝缘电器的检测方面的内容。
2.气体绝缘组合电器概论
气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)绝缘故障早期的主要表现形式是局部放电(parialdischarge,PD，简称局放)，它既是引起绝缘劣化的主要原因，又是表征绝缘状况的特征量。通过开展GIS局部放电的检测，可以在第一时间上发现可能存在的缺陷，对保证GIS的安全可靠运行具有重要的现实意义，因此国内外电力部门均十分重视对GIS局放的监测与诊断。常用的GIS局部放电检测方法主要分为电测法和非电测法两大类，电测法主要包括脉冲电流法和超高频(ultra-high frequency,UHF)法，非电测法主要包括声波法、化学法。相比上述其他几种方法，超高频法具有抗干扰性能佳、灵敏度高以及可定位放电源等显著优点，在GIS绝缘缺陷和故障诊断中有着良好的应用前景。日前UHF法主要采用在GIS腔体内置式UHF传感器或在盆式绝缘子浇注孔处安装外置式UHF传感器，通过检测SF6中ns级放电脉冲所辐射的电磁波信号来诊断GIS的局部放电。相比于内置式传感器，外置式传感器的检测灵敏度低且易受现场干扰，对于某些绝缘缺陷发展至濒临击穿阶段仍不能检测出局放信号。而对于内置传感器来说，需要在GIS制造过程中事先预留位置，这对GIS制造和电场设计等带来了一定难度，并且内置式传感器在长时间工作运行下如果其自身产生局部放电，不仅会对GIS绝缘状态诊断带来误判，更会严重影响GIS的安全运行。考虑到制造成本，一般来说kV等级及以下的GIS都不安装内置UHF传感器，因此，迫切需要开发一种适用于没有预装内置传感器的GIS，且不影响GIS本身性能的UHF传感器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文提出了一种利用GIS盆式绝缘子内部均压屏蔽环作为UHF传感器的构想，首先采用时域有限差分(fnite difference time domain,FDTD)法仿真研究了本文252 kV GIS试验平台的主要电磁波波导特性，明确了本GIS结构下电磁波的主要传播频段;然后数值计算了在不同引出端下的盆式绝缘子内部均压屏蔽环的频率响应特性;最后采用自主设计的内部均压屏敲环式UHF传感器诊断GIS在高压导体金属尖端、悬浮电位、自由金属颗粒等3种典型绝缘缺陷下的局部放电特性，并与商用的内置和外置式UHF传感器的检测特性与灵敏度进行了GIS内部电磁波波导模式仿真。本文提出了利用盆式绝缘子内部均压的方式来作为它的传感器的想法，可以利用一些仿真去研究实验的特性， 然后分析实验的数 据。展示在屏蔽之下频率的影响，最后采用一些商用的模式去进行比较多种方法可以利用对局部放电区进行一定的评估，通过实验可以介减少一定危险的发生，安全的去进行生产和生活的使用，从而来满足人们的需求。
3.波导模式仿真模型
GIS最基本的结构为同轴结构，可视为电磁波同铀波导系统，但不同电压等级、不同结构尺寸下GIS的电磁波波导模式各有不同。因此在开发设计UHF传感器时有必要先获取并匹配其所用GIS的主要波导模式的频率段,从而获得较高的检测灵敏度。本文所采用的252kVGIS模型是单相母线结构,腔体内充有0.4MPa的SF6气体。本文首先研究了本252kVGlS 的电磁波波导特性。仿真模型及GIS的结构参数，假设PD源位于腔体中间的高压导体之上。M.D.Judd等人的试验表明，SF6中尖端局部放电的电流脉冲宽度非常窄(<0.5ns),因此仿真中采用了脉宽0.4ns、幅值4mA的Gaussian电流脉冲作为局放电流源15。数值仿真方法为FDTD法问，模式端口在GIS的左侧端面。它的主要特征可以通过一些检测来第一时间发现存在的一些缺陷，来保证其他方面的正常运行。
4.盆式绝缘子内部均压屏蔽环频响特性的数值分析
均压屏蔽环结构在GIS盆式绝缘子靠近法兰的边缘内部通常装有绕整个盆子一圈的均压屏蔽环或称为均压弹簧，用以消除祛兰和盆式绝缘子交接处可能存在的缝隙,起到均匀电场的作用，这在盆式绝缘子浇注过程中就已内嵌。均压屏敝环与法兰通过多个接地螺栓接触连接，因此只需拧开其中1个接地螺栓，此时均压屏蔽环已成为1个环形天线，保持其他几个接地螺栓状态不变，即整个均压屏蔽环仍处于接地状态，对GIS运行无任何影响。而将某个已拧开接地螺栓处的UHF 信号引出即可用于检测GIS局部放电。频率响应数值分析由于收、发天线间传播媒质的互易性，收、发天线之间存在着互易关系，也就是说天线作为发射作用时，其方向、频率响应等特性与该天线用作接收时相同，反之亦然。因此，可数值计算均压屏蔽环作为发射天线时的频率响应特性来表征其作为接收天线的频率响应特性。计算模型假设均压屏蔽环处在SF6环境下，忽略了盆式绝缘子的存在对均压屏蔽环频响特性的影响。因UHF频段<3GHz,FDTD馈电点设置在接地螺仿真中的网格宽度为5mm，栓处，串联匹配阻抗502电阻，所加载的激励源为高斯脉冲电压源中可看出，3个接地螺栓并不是对称分布的，当UHF信号分别从A.B.C螺栓接口引出时，均压屏蔽环的频率响应特性也会有所差异，因此本文计算了A、B、C分别作为馈电点时的SU曲线来表征其频率响应特性。
5.结束语：
本文提出了利用盆式绝缘子内部均压的方式来作为它的传感器的想法，可以利用一些仿真去研究实验的特性，然后分析实验的数据。展示在屏蔽之下频率的影响，最后采用一些商用的模式去进行比较多种方法可以利用对局部放电区进行一定的评估，通过实验可以减少一定危险的发生，安全的去进行生产和生活的使用，从而来满足人们的需求。
参考文献：
邵先军,何文林,刘浩军,等.利用气体绝缘组合电器盆式绝缘子内部均压屏蔽环诊断局部放电研究[J].高电压技术, 2015, 41(1):184-193.
论文作者:郭明璞,高威昊,陈春辉,朱朝发
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：绝缘子论文; 屏蔽论文; 传感器论文; 局部论文; 波导论文; 特性论文; 电磁波论文; 《电力设备》2017年第31期论文;