盆式绝缘子对GIS特高频信号传播特性的影响

刘俊德

(国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司，辽宁 辽阳111000)

GIS设备因其占地面积较少、结构简易等优势在电力系统中广泛使用[1]。而局放信号的特高频检测法是诊断GIS设备的运行缺陷，提升电网运行可靠性的主要方法[2]。特高频的传播路径、传递介质以及检测系统都会使特高频信号的波形产生畸变以及时延影响，这就为准确检测定位设备内部缺陷位置带来无法估量的误差因素[3-4]。

目前国内外学者针对特高频检测局部放电的传播特性做了大量的研究工作。清华大学的彭映成等为了解决超声检测中首波难于识别的问题，提出了基于互相关算法的超声走时获取发射超声与接收超声的时差方法，实现了高精度超声测距[5]。陈金祥研究了沿变压器绕组轴向和径向的放电源产生的UHF电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况[6]。上海交通大学的刘君华等研究了电磁波沿GIS传输时，信号波形振荡时间以及信号幅值受传播路径以及放电源位置的影响分析[7]。J.G.Yang等研究了220kV仿真GIS模型中电磁波的传播规律，研究了典型GIS结构内波的传输特性，比较了不同结构以及测量角度下电磁波的时频特性[8]。但是，目前缺少GIS腔体内传感器在检查缺陷的位置选取研究，未开展提高检测灵敏度的测量位置有效性探索。

因此，本文为给GIS设备局部放电检测与定位提供技术参考，利用XFDTD仿真软件研究了GIS腔体中局放信号的动态传播过程，重点探讨传感器位置选取对GIS中特高频信号监测灵敏度的影响。

1 仿真模型

图1为含盆式绝缘子的电压等级为220kV的GIS仿真模型的剖视图。中心位置处的金属导杆直径为50mm、长度为4000mm。在GIS仿真模型的腔体内壁分别布置8个传感器，编号为S0-S7，且放置位置间隔距离固定采用随意放置。8个传感器用于采集GIS腔体内传输的电磁波。在中间金属导杆设置一模拟放电源，该放电源上所施加的高斯脉冲脉宽为1ns、幅值为1A。在图1所示GIS腔体的中心位置处有一材质为环氧树脂的盆式绝缘子。

图1 含盆式绝缘子GIS仿真模型

2 仿真结果分析

GIS腔体内电磁波传输过程如图2所示。分别截取t=1.327ns、t=3.641ns、t=4.728ns、t=8.192ns4个时刻的GIS腔体内电磁波传播仿真结果。由此4个时刻仿真实验结果可知：当电磁波从盆式绝缘子的右侧向左侧传输，当电磁波到达GIS腔体的中间位置，即在正穿过盆式绝缘子时，电磁波的波速将明显减小。而在电磁波穿过GIS腔体中的盆式绝缘子后，从图2中的电场仿真结果彩图可得出绝缘子右侧的电场能量明显高于左侧的电场能量，这也表明了盆式绝缘子的存在会使得电磁波的能量明显减小。

图2 GIS腔体内电磁波传输过程

为了更详细地分析盆式绝缘的存在到底对220kV下GIS腔体内电磁波衰减有多大影响，本文仿真了同一规格尺寸下GIS腔体在有无盆式绝缘子两种情况下的电磁波首波幅值。将仿真数据结果绘制为图3。由3的实验结果可知，传感器离放电源的距离越远，那么它所测得的电磁波首波幅值越小。同时，含盆式绝缘子GIS腔体内电磁波首波幅值明显小于不含盆式绝缘子GIS腔体内电磁波首波幅值。因而，为了对GIS腔体装置内部的缺陷得到有效检测，应该避免盆式绝缘子对检测灵敏度的影响。因此，建议现场实测局部放电故障时，GIS腔体壁上所固定的特高频传感器应该远离腔体内部的绝缘子。

图3 GIS腔体内各测点合成场首波幅值

3 结束语

本文分析了GIS中盆式绝缘子处缺陷激励产生的电磁波延着典型传播路径向外辐射过程中UHF首波的特点。研究发现特高频电磁波经过GIS腔体内的盆式绝缘子会产生衰减，特高频电磁波幅值将降低50%左右。因此，为了提高检测的灵敏度，GIS腔体内传感器在检查缺陷时应避开盆式绝缘子。