GIS局部放電盆式絕緣子內(nèi)置環(huán)形傳感器的研究.pdf

1、國內(nèi)外一直致力于氣體絕緣開關設備（gas insulated switchgear，GIS）局部放電檢測的研究，特高頻（ultra-high-frequency，UHF）檢測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用?，F(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，破壞GIS內(nèi)部均勻電場，且其監(jiān)測范圍及靈敏度受到限制。國內(nèi)外學者就此問題提出利用預埋在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，目前國內(nèi)外的研究還不能夠提出一個清晰的理論來闡釋環(huán)形傳感器的工作機理，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，尤其對局部放電信號高頻分量的靈敏度偏低。為了解決這些問題，本文以252kV電壓等級的GIS為模型基礎，優(yōu)化設計新型環(huán)形傳感器。
　　本文根據(jù)GIS同軸波導模型理論，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，并推導得到感應電動勢的

3、表達式。發(fā)現(xiàn)環(huán)形傳感器主要通過其檢測端子和金屬圓環(huán)來耦合電磁波。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252kV電壓等級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。仿真結果表明，金屬圓環(huán)尺寸減小將會減弱其耦合局部放電信號能力，且使絕緣子內(nèi)部場強提高。最后選出金屬圓環(huán)最佳直徑為346mm，此時既不影

4、響絕緣子內(nèi)部場強穩(wěn)定，又使傳感器具有較高靈敏度。
　　本文設計了3種不同的環(huán)形傳感器結構:金屬圓環(huán)兩端接地結構、金屬圓環(huán)不接地結構以及無金屬圓環(huán)結構。通過仿真和實驗測試了三種結構類型傳感器的性能。結果表明，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，且相比仿真結果，實驗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，設計出9種接地方式的環(huán)形傳感器模型。通過仿真和實驗測試的研究，表明改

5、變接地端子的數(shù)量和位置對于環(huán)形傳感器的靈敏度有一定影響;當金屬圓環(huán)從檢測端經(jīng)過120°兩端接地時具有對稱的結構，此時環(huán)形傳感器在能夠較好地均衡電壓、均勻電場的同時，靈敏度更高。其中，通過焊接直接接地的環(huán)形傳感器性能要優(yōu)于通過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)置式傳感器進行實驗比較測試。環(huán)形傳感器對于懸浮放電、尖刺放電、自由