特高頻局部放電檢測(cè)
電力設(shè)備中局部放電產(chǎn)生的電流脈沖具有很陡的上升沿力，其上升時(shí)間數(shù)量級(jí)為納秒(ns)，其放電發(fā)展過(guò)程產(chǎn)生頻率量級(jí)為GHz的電磁波。由于不同的電力設(shè)備具有不同的結(jié)構(gòu)，故電磁波不但通過(guò)橫向電磁波(TEM)傳遞，還能產(chǎn)生高次模波，即橫向磁波(Transverse Magnetic-TM)和橫向電波(Transverse Electric-TE)。橫向電波為非色散波，它可以以任何頻率傳播，但當(dāng)頻率大于100MHz時(shí)，在傳播方向上衰減很快；TE和TM波不同，它具有截止頻率。截止頻率反比與設(shè)備的尺寸。當(dāng)截止頻率高于信號(hào)頻率時(shí)，信號(hào)快速衰減；當(dāng)截止頻率低于信號(hào)頻率時(shí)，信號(hào)能夠基本保證無(wú)損傳輸。
局部放電檢測(cè)特高頻(UHF)法檢測(cè)主要用于檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)，并且廣泛應(yīng)用于GIS。但因?yàn)镚IS結(jié)構(gòu)可對(duì)其產(chǎn)生影響，局放產(chǎn)生的電磁信號(hào)的波形與幅值等參數(shù)在其通過(guò)GIS傳播至UHF傳感器時(shí)發(fā)生變化，導(dǎo)致評(píng)估局部放電源信號(hào)的復(fù)雜性大大增加。因此，針對(duì)局放電磁波信號(hào)在GIS中傳輸特點(diǎn)的研究，對(duì)特高頻法十分有意義。GIS為同軸結(jié)構(gòu)，信號(hào)傳輸特性與頻率密切相關(guān)。對(duì)工頻下的傳輸特性可利用電氣集總參數(shù)來(lái)等效，瞬態(tài)信號(hào)傳輸時(shí)應(yīng)看作分布參數(shù)的傳輸線，對(duì)微波則應(yīng)視為同軸波導(dǎo)。據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，局放信號(hào)在GIS同軸結(jié)構(gòu)中以橫向磁波(Transverse Magnetic-TM)和橫向電波(Transverse Electric-TE)進(jìn)行傳輸。此外，GIS的特性阻抗與波阻抗因其存在絕緣子而不連續(xù)，導(dǎo)致高頻波數(shù)次折反射其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。因此，局放電的UHF信號(hào)異常復(fù)雜。
當(dāng)GIS內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時(shí)，產(chǎn)生的特高頻電磁波能夠沿著腔體傳播。由于GIS與波導(dǎo)具有相似的同軸結(jié)構(gòu)，因此特高頻信號(hào)能基本進(jìn)行無(wú)損傳輸至較遠(yuǎn)距離。將特高頻接收天線放置于GIS安裝盆式絕緣子處，則由設(shè)備內(nèi)部泄露的的特高頻局放信號(hào)能被檢測(cè)到。然而，GIS的內(nèi)壁材質(zhì)不屬于理想導(dǎo)體，電磁波無(wú)法達(dá)到完全無(wú)損傳輸，其損耗與傳播距離呈正相關(guān)線性關(guān)系。
GIS有眾多利用法蘭連接的拐彎結(jié)構(gòu)、盆式絕緣子和T型接頭、斷路器及隔離開(kāi)關(guān)等不連續(xù)點(diǎn)，UHF信號(hào)的傳輸發(fā)生衰減，正是因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)這些結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，造成UHF信號(hào)能量損失的主要原因是絕緣子與接頭處的反射，T型接頭引發(fā)約8-10dB的衰減，絕緣子引發(fā)約2-3dB的衰減。
電磁波在同軸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，TEM衰減較小，波形特性基本保持不變，傳播速度為0.3x10^9m/s。雖然高次模波的色散使局放的電磁波信號(hào)幅值衰減較大且波形特征會(huì)產(chǎn)生變化，但UHF信號(hào)的測(cè)量并不受到影響。
通過(guò)絕緣子后的電磁波信號(hào)，其中低頻(700兆赫茲以下)部分發(fā)生較小的衰減現(xiàn)象，高頻(700兆赫茲以上)部分的衰減速率與頻率正相關(guān)。衰減更為嚴(yán)重的電磁波信號(hào)是經(jīng)絕緣子泄露而出，其頻率小于1.1兆赫茲部分嚴(yán)重衰減，等效于HPF的作用。
局部放電激勵(lì)的電磁波信號(hào)衰減較大，達(dá)7.9dB，因其經(jīng)過(guò)首個(gè)絕緣子時(shí)受到一系列的影響。電磁波信號(hào)的衰減在其傳輸通過(guò)后續(xù)絕緣子時(shí)變得較小。經(jīng)過(guò)6個(gè)絕緣子后的信號(hào)與發(fā)生局部放電的氣室中的信號(hào)相比只有其10%，即衰減達(dá)20dB。
由以上敘述可知，將電力設(shè)備中因局放電產(chǎn)生的特高頻電磁波(0.3兆赫茲一3兆赫茲)通過(guò)UHF傳感器獲取，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)局部放電，即所謂局放電UHF檢測(cè)。顯著地降低噪聲干擾，是 UHF法最顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如可用寬頻UHF有效降低避開(kāi)低頻電磁信號(hào)波段的干擾；而對(duì)廣播電視信號(hào)、特高頻通信，由于它們具有一定的中心頻率，可用窄頻UHF將通信信號(hào)與局放信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)。此外，若將傳感器布置合理到GIS的腔體上，即可精確定位放電源。
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