【干货】基于有限时域差分法在线监测气体绝缘组合电器局部放电-北极星输配电网

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气体绝缘组合电器（gasinsulatedswitchgear，GIS）因其可靠性高、易于维护、占地面积小等突出优点，在电力系统中得到广泛应用。但由于制造和装配过程中的工艺问题，GIS内部可能会留下一些小缺陷，如金属毛刺、绝缘气隙等，这些微小缺陷在GIS运行过程中会发生局部放电(partialdisge,PD)，逐步发展成危险的放电通道，最终造成绝缘击穿事故。对GIS进行PD监测，可以了解设备的绝缘状况，及早发现内部缺陷，对预防设备绝缘事故和维护系统安全运行具有重要意义。

GIS内发生PD时，伴有一个很陡的电流脉冲(上升时间<1ns)，并在GIS腔体内激励频率高达数GHz的电磁波。特高频(ultrahighfrequency，UHF)法通过检测GIS内PD产生的特高频电磁波信号，有效避开了现场电晕等干扰，具有灵敏度高、抗干扰能力强、可实现局放源定位和故障类型判别等优点，在GIS现场在线监测中得到了广泛的关注和应用。

但是UHF测量GISPD时无法标定出视在放电量，也无法排除试验装置中用于减小波反射的铜片和短路金属棒等对局部放电所激发的电磁波传播的影响。本文参照实际试验装置建立了GIS腔体内波导仿真模型，采用有限时域差分法对GIS内发生局部放电时激发的电磁波的传播特性进行了仿真，分析了试验装置中铜片和短路金属杆以及激励源的脉冲幅值对电磁波的传播特性的影响，同时对比分析了仿真结果和UHF局部放电实测结果，并结合试验和仿真计算结果对GIS内局部放电量进行了估算。

主要研究成果

1.高频传感器周围铜片的存在使得计算得到的PD信号电压的幅值减小，但是其波形基本与无铜片时一致；当GIS外壳上有短路金属棒时，监测点离金属棒的位置较近时对监测PD信号有较大的影响；激励源的脉冲幅值的改变不影响监测到的PD信号电压波形，但其幅值随激励源的脉冲幅值的改变而改变；

2.采用有限时域差分法仿真计算的结果与试验监测到的结果具有相同的频域特性，根据仿真结果计算得到GIS内局部放电脉冲电流为40~50mA，放电量为40~50pC。

后续研究内容

尽管本文采用有限时域差分法得到了高频传感器周围铜片、GIS外壳上短路金属棒以及激励源的脉冲幅值对GIS内局放电磁波信号传播特性的影响，然而影响GIS内局放电磁波信号传播特性的因素并非只有这三个方面，后续仍需要研究其他因素对GIS内局放信号传播特性的影响，例如：原始PD脉冲宽度、GIS尺寸、信号接收点等。

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