GIS局部放电电磁波信号的传播特性研究

　　O引盲

　　GIS在制造和装配过程中，由于工艺等问题会使其内部留下一些小的缺陷，如固定突起、绝缘气隙、自由金属徽粒等，这些微小的缺陷在GIS运行过程中会发生局部放电(以下简称局放)，逐步发展成危险的放电通道，并最终造成绝缘击穿事故[l]。因此，对GIS进行局放检测，发现设备早期的绝缘缺陷是预防事故的发生，保障系统安全稳定运行的重要手段。GIS内发生局放时，伴随有一个很陡的电流脉(纳秒级)，并在GIS腔体内激励频率高达数GH:的电磁波[2]。超高频UHF法检测GIS中局放时产生的超高频电磁波信号，有效地避开了现场的电晕等干扰，具有较强的抗干扰能力，且灵敏度高，可实现局放源定位和故障类型判别，因此，UHF法适于现场在线监测并得到了广泛的关注。

　　UHF法是通过检测UHF电磁波信号来监测局放的，因而，研究GIS中UHF电磁波的特性对于UHF法的应用至关重要。本文采用FDTD法对GIS中局放电磁波的传播特性进行仿真分析，重点研究了电磁波在GIS各个不连续部件中传播的信号变化特性。

　　1.GIS中电磁波特性

　　根据GIS的结构，可将GIS近似为2根同轴导体构成的波导系统，如图l所示。内导体为母线，其外半径为a。外导体为外壳，其内半径为b，电位为零。两导体间充有SF。气体。

　　局部放电在GIS中激励的电磁波中不仅存在横电磁波(TEM)，还有高次模式分量，即TE和TM波。TEM波为非色散波，可以以任何频率在同轴波导中传播。TE和TM波是色散波，各自存在截止频率，只有当电磁波频率高于其截止频率时才能在同轴波导中传播。

　　同轴波导中传播的各种波型的电磁场E和H满足下列齐次矢量亥姆霍兹方程:

　　2.Gls中电磁波的传播特性

　　电磁波信号传播有时延特性，这有利于对GIS中局放源进行定位检测。且由于GIS中各种不连续部件(绝缘子、L分支、T分支等)对信号的折、反射等作用使得信号产生谐振特性，信号的振荡时间增加有利于对局放信号的检测。但谐振特性使得信号波形变化加剧，信号的传播特性更加复杂。

　　2.1局部放电脉冲

　　理论和实践表明，局放脉冲可以用双指数衰减模型来表示[sj。

式中，A为信号幅值，T为时间衰减常数。

　　设脉冲电流幅值为10mA，r=Ins，放电通道长度为10mm，沿GIS腔体径向分布。脉冲电流波形如图2所示。

　　2.2绝缘子

　　采用FDTD计算程序对GIS中局放源激励的电磁波特性进行仿真分析，建立仿真模型结构如图3所示，其内导体外径为a一scrn，外壳内径为b一25cln，外径为27crn，导体材料都为铝。腔体总长为L=4m，两侧设为吸收边界，中间加有3个圆形支撑绝缘子。为计算方便，采用2个平板绝缘子模型，绝缘子厚度均为scm，外径为32cm，相对介电常数。，一6。探针1~3安装在中间的绝缘子前后以及外表面上。仿真结果如图4、5所示。