GIS局部放電盆式絕緣子內(nèi)置環(huán)形傳感器的研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)外一直致力于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear，GIS）局部放電檢測(cè)的研究，特高頻（ultra-high-frequency，UHF）檢測(cè)方法由于具有良好的抗干擾性能和較高靈敏度被廣泛地研究和應(yīng)用。現(xiàn)有的內(nèi)置式UHF傳感器需要額外的安裝空間，容易造成GIS密封不嚴(yán)，破壞GIS內(nèi)部均勻電場(chǎng)，且其監(jiān)測(cè)范圍及靈敏度受到限制。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就此問(wèn)題提出利用預(yù)埋在GIS絕緣子環(huán)氧樹脂內(nèi)部金屬屏蔽內(nèi)環(huán)研制成新型內(nèi)置式

2、環(huán)形傳感器。然而，目前國(guó)內(nèi)外的研究還不能夠提出一個(gè)清晰的理論來(lái)闡釋環(huán)形傳感器的工作機(jī)理，且現(xiàn)存的環(huán)形傳感器并不比圓盤形傳感器有太多的靈敏度優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)局部放電信號(hào)高頻分量的靈敏度偏低。為了解決這些問(wèn)題，本文以252kV電壓等級(jí)的GIS為模型基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)新型環(huán)形傳感器。
　　本文根據(jù)GIS同軸波導(dǎo)模型理論，研究了局部放電電磁波在GIS中的傳播規(guī)律，從而通過(guò)理論分析得到環(huán)形傳感器在GIS內(nèi)耦合電磁波的基本原理，并推導(dǎo)得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的

3、表達(dá)式。發(fā)現(xiàn)環(huán)形傳感器主要通過(guò)其檢測(cè)端子和金屬圓環(huán)來(lái)耦合電磁波。其中，接地端子主要耦合TEM模態(tài)電磁波以及部分高次模態(tài)電磁波;金屬圓環(huán)只能耦合高次模態(tài)電磁波，且其接地位置影響其能夠耦合到的電磁波模態(tài)。
　　本文針對(duì)252kV電壓等級(jí)GIS，在XFDTD軟件中建立一段安裝環(huán)形傳感器的GIS直腔體模型。仿真結(jié)果表明，金屬圓環(huán)尺寸減小將會(huì)減弱其耦合局部放電信號(hào)能力，且使絕緣子內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)提高。最后選出金屬圓環(huán)最佳直徑為346mm，此時(shí)既不影

4、響絕緣子內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定，又使傳感器具有較高靈敏度。
　　本文設(shè)計(jì)了3種不同的環(huán)形傳感器結(jié)構(gòu):金屬圓環(huán)兩端接地結(jié)構(gòu)、金屬圓環(huán)不接地結(jié)構(gòu)以及無(wú)金屬圓環(huán)結(jié)構(gòu)。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試了三種結(jié)構(gòu)類型傳感器的性能。結(jié)果表明，相比其他兩種情況，金屬圓環(huán)接地后傳感器能夠耦合到更多的局部放電信號(hào)，且相比仿真結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中這種接收靈敏度的提高更明顯。
　　本文改變接地端子的位置和數(shù)量，設(shè)計(jì)出9種接地方式的環(huán)形傳感器模型。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的研究，表明改

5、變接地端子的數(shù)量和位置對(duì)于環(huán)形傳感器的靈敏度有一定影響;當(dāng)金屬圓環(huán)從檢測(cè)端經(jīng)過(guò)120°兩端接地時(shí)具有對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，此時(shí)環(huán)形傳感器在能夠較好地均衡電壓、均勻電場(chǎng)的同時(shí)，靈敏度更高。其中，通過(guò)焊接直接接地的環(huán)形傳感器性能要優(yōu)于通過(guò)N型連接頭直接接地的傳感器，且沖擊電壓下的安全可靠性能夠達(dá)到允許的范圍。
　　最后，本文將優(yōu)化的環(huán)形傳感器在4種局部放電類型情況下與其他類型的內(nèi)置式傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較測(cè)試。環(huán)形傳感器對(duì)于懸浮放電、尖刺放電、自由