GIS局部放电UHF电磁波传播特性仿真研究

摘 要：仿真研究了GIS中局部放电UHF电磁波的传播特性。结果表明，GIS盆式绝缘子对局放电磁波有衰减作用，邻近局放源的第一个绝缘子比其他绝缘子对电磁波的衰减作用更强，局放电磁波在经过绝缘子传播时，电磁波的能量分布会发生变化，能量集中的频点“上移”。

关键词：GIS；超高频；电磁波；CST

引言

GIS因其可靠性高，占地面积小、维护简单和检修周期长等优点而在城市电网中得到了广泛的应用。由于GIS的运行电压高，且其内空间极为有限致使其内部电场强度很高，因此一旦GIS内部出现某种缺陷，极易发生设备故障。研究表明，GIS的常见故障为绝缘性故障，且多由局部放电引起[1]。

GIS内部产生的局放是一系列具有极短上升时间的脉冲。就单个局放脉冲而言，其上升时间可短至1ns以下，包含从低频到数GHz频率成分的能量分布[2-3]，并且在GIS中激发出UHF频段的电磁波[4]。

1 电磁波在同轴波导中的传播理论

根据单相GIS结构，将其简化为一个内径为2a，外径为2b的同轴波导，其中a为导体半径，b为GIS外壳内半径，如图1所示。研究表明，GIS腔体内局部放电激励的电磁波信号中存在横电磁波和高次模波，即TEM和TE、TM波。

由图3，当GIS内部发生局部放电时，对于同类型的检测点，电场强度的幅值随着传播距离的增加而减小。电磁波信号幅值在经过第一个绝缘子时产生较大衰减，而在第二个和第三个绝缘子前后的衰减较小。这是由于电磁波的高次模分量在经过第一个绝缘子时因绝缘子的反射和泄漏等损耗而迅速衰减，从而造成信号的较大衰减，并使得第一个绝缘子后的电磁波信号主要以TEM模分量为主，此信号再经过绝缘子时的衰减程度就会小得多。

3 结束语

文章采用有限积分软件对GIS中局放电磁波的传播特性进行仿真研究，得到以下结论：

（1）GIS盆式绝缘子对局放电磁波有衰减作用，邻近局放源的第一个绝缘子比其他绝缘子对电磁波的衰减作用更强；

（2）局放电磁波在经过绝缘子传播时，电磁波的能量分布会发生变化，能量集中的频点“上移”。

参考文献

[1]CIGRE TF 15/33.03.05. PD Detection System for. GIS： Sensitivity Verification for the UHF Method and the Acoustic Method[C]. Electra， 1999， 183： 75-87.

[2]刘君华，王江，钱勇，等. GIS中电磁波传播特性的仿真研究[J].高电压技术，2007，33（8）：139-142.

[3]王江，钱勇，刘君华，等. GIS中局部放电与超高频电磁波关系的仿真研究[J].高压电器， 2008，44（5）：456-459.

[4]HOSHINO T， KATO K， HAYAKAWA N， et al. A Novel Technique For Detecting Electromagnetic Wave Caused by Partial Discharge in GIS[J].IEEE Trans on Power Delivery， 2001，16（4）： 545-551.

作者簡介：叶海峰（1982，1-），男，博士，研究方向为大型电力设备在线监测与故障诊断。