GIS局部放電UHF電磁波傳播特性仿真研究

摘 要：仿真研究了GIS中局部放電UHF電磁波的傳播特性。結果表明，GIS盆式絕緣子對局放電磁波有衰減作用，鄰近局放源的第一個絕緣子比其他絕緣子對電磁波的衰減作用更強，局放電磁波在經過絕緣子傳播時，電磁波的能量分布會發生變化，能量集中的頻點“上移”。

關鍵詞：GIS；超高頻；電磁波；CST

引言

GIS因其可靠性高，占地面積小、維護簡單和檢修周期長等優點而在城市電網中得到了廣泛的應用。由于GIS的運行電壓高，且其內空間極為有限致使其內部電場強度很高，因此一旦GIS內部出現某種缺陷，極易發生設備故障。研究表明，GIS的常見故障為絕緣性故障，且多由局部放電引起[1]。

GIS內部產生的局放是一系列具有極短上升時間的脈沖。就單個局放脈沖而言，其上升時間可短至1ns以下，包含從低頻到數GHz頻率成分的能量分布[2-3]，并且在GIS中激發出UHF頻段的電磁波[4]。

1 電磁波在同軸波導中的傳播理論

根據單相GIS結構，將其簡化為一個內徑為2a，外徑為2b的同軸波導，其中a為導體半徑，b為GIS外殼內半徑，如圖1所示。研究表明，GIS腔體內局部放電激勵的電磁波信號中存在橫電磁波和高次模波，即TEM和TE、TM波。

由圖3，當GIS內部發生局部放電時，對于同類型的檢測點，電場強度的幅值隨著傳播距離的增加而減小。電磁波信號幅值在經過第一個絕緣子時產生較大衰減，而在第二個和第三個絕緣子前后的衰減較小。這是由于電磁波的高次模分量在經過第一個絕緣子時因絕緣子的反射和泄漏等損耗而迅速衰減，從而造成信號的較大衰減，并使得第一個絕緣子后的電磁波信號主要以TEM模分量為主，此信號再經過絕緣子時的衰減程度就會小得多。

3 結束語

文章采用有限積分軟件對GIS中局放電磁波的傳播特性進行仿真研究，得到以下結論：

（1）GIS盆式絕緣子對局放電磁波有衰減作用，鄰近局放源的第一個絕緣子比其他絕緣子對電磁波的衰減作用更強；

（2）局放電磁波在經過絕緣子傳播時，電磁波的能量分布會發生變化，能量集中的頻點“上移”。

參考文獻

[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]劉君華，王江，錢勇，等. GIS中電磁波傳播特性的仿真研究[J].高電壓技術，2007，33（8）：139-142.

[3]王江，錢勇，劉君華，等. GIS中局部放電與超高頻電磁波關系的仿真研究[J].高壓電器， 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：葉海峰（1982，1-），男，博士，研究方向為大型電力設備在線監測與故障診斷。