盆式絕緣子對GIS特高頻信號傳播特性的影響

劉俊德

(國網遼寧省電力有限公司遼陽供電公司，遼寧 遼陽111000)

GIS設備因其占地面積較少、結構簡易等優勢在電力系統中廣泛使用[1]。而局放信號的特高頻檢測法是診斷GIS設備的運行缺陷，提升電網運行可靠性的主要方法[2]。特高頻的傳播路徑、傳遞介質以及檢測系統都會使特高頻信號的波形產生畸變以及時延影響，這就為準確檢測定位設備內部缺陷位置帶來無法估量的誤差因素[3-4]。

目前國內外學者針對特高頻檢測局部放電的傳播特性做了大量的研究工作。清華大學的彭映成等為了解決超聲檢測中首波難于識別的問題，提出了基于互相關算法的超聲走時獲取發射超聲與接收超聲的時差方法，實現了高精度超聲測距[5]。陳金祥研究了沿變壓器繞組軸向和徑向的放電源產生的UHF電磁波向外輻射的傳播路徑和衰減情況[6]。上海交通大學的劉君華等研究了電磁波沿GIS傳輸時，信號波形振蕩時間以及信號幅值受傳播路徑以及放電源位置的影響分析[7]。J.G.Yang等研究了220kV仿真GIS模型中電磁波的傳播規律，研究了典型GIS結構內波的傳輸特性，比較了不同結構以及測量角度下電磁波的時頻特性[8]。但是，目前缺少GIS腔體內傳感器在檢查缺陷的位置選取研究，未開展提高檢測靈敏度的測量位置有效性探索。

因此，本文為給GIS設備局部放電檢測與定位提供技術參考，利用XFDTD仿真軟件研究了GIS腔體中局放信號的動態傳播過程，重點探討傳感器位置選取對GIS中特高頻信號監測靈敏度的影響。

1 仿真模型

圖1為含盆式絕緣子的電壓等級為220kV的GIS仿真模型的剖視圖。中心位置處的金屬導桿直徑為50mm、長度為4000mm。在GIS仿真模型的腔體內壁分別布置8個傳感器，編號為S0-S7，且放置位置間隔距離固定采用隨意放置。8個傳感器用于采集GIS腔體內傳輸的電磁波。在中間金屬導桿設置一模擬放電源，該放電源上所施加的高斯脈沖脈寬為1ns、幅值為1A。在圖1所示GIS腔體的中心位置處有一材質為環氧樹脂的盆式絕緣子。

圖1 含盆式絕緣子GIS仿真模型

2 仿真結果分析

GIS腔體內電磁波傳輸過程如圖2所示。分別截取t=1.327ns、t=3.641ns、t=4.728ns、t=8.192ns4個時刻的GIS腔體內電磁波傳播仿真結果。由此4個時刻仿真實驗結果可知：當電磁波從盆式絕緣子的右側向左側傳輸，當電磁波到達GIS腔體的中間位置，即在正穿過盆式絕緣子時，電磁波的波速將明顯減小。而在電磁波穿過GIS腔體中的盆式絕緣子后，從圖2中的電場仿真結果彩圖可得出絕緣子右側的電場能量明顯高于左側的電場能量，這也表明了盆式絕緣子的存在會使得電磁波的能量明顯減小。

圖2 GIS腔體內電磁波傳輸過程

為了更詳細地分析盆式絕緣的存在到底對220kV下GIS腔體內電磁波衰減有多大影響，本文仿真了同一規格尺寸下GIS腔體在有無盆式絕緣子兩種情況下的電磁波首波幅值。將仿真數據結果繪制為圖3。由3的實驗結果可知，傳感器離放電源的距離越遠，那么它所測得的電磁波首波幅值越小。同時，含盆式絕緣子GIS腔體內電磁波首波幅值明顯小于不含盆式絕緣子GIS腔體內電磁波首波幅值。因而，為了對GIS腔體裝置內部的缺陷得到有效檢測，應該避免盆式絕緣子對檢測靈敏度的影響。因此，建議現場實測局部放電故障時，GIS腔體壁上所固定的特高頻傳感器應該遠離腔體內部的絕緣子。

圖3 GIS腔體內各測點合成場首波幅值

3 結束語

本文分析了GIS中盆式絕緣子處缺陷激勵產生的電磁波延著典型傳播路徑向外輻射過程中UHF首波的特點。研究發現特高頻電磁波經過GIS腔體內的盆式絕緣子會產生衰減，特高頻電磁波幅值將降低50%左右。因此，為了提高檢測的靈敏度，GIS腔體內傳感器在檢查缺陷時應避開盆式絕緣子。