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1、第卷 第期年月西安交通大学学报?超宽频带局部放电检测技术的初步研究3成永红李伟杨继松谢恒方 方土西安交通大学西安吴广军西安高压开关厂摘要研究了局部放电的超宽频带特性分析了局部放电产生的电磁波的传输和耦合特性研制了一种频率响应为?的超宽频带局部放电检测装置并用实验分析了其测量特性关键词局部放电超宽频带检测技术中国图书资料分类法分类号可靠的绝缘系统是电力设备安全运行的基本保障统计表明电力设备一半以上的故障是绝缘故障因而这就要求对绝缘系统进行有效的检测与诊断特别是在电力系统朝着特高压!大容量方向发展的今天绝缘系统的可靠性和绝缘检测与诊断的准确性就显得尤为重要尽管现代科学技术为绝缘检测与诊断的发展提供
2、了必要条件但由于受传统绝缘检测与诊断理论的制约对绝缘系统及其放电特征了解不够所以在现代技术水平上全面了解绝缘系统及其放电的本质特性就显得十分重要到目前局部放电测量仍是最有效的绝缘检测与诊断手段之一随着现代科学技术的发展一方面使绝缘检测理论出现了相对滞后现象另一方面又使测量和检测手段有了很大进步使我们能够更全面地研究局部放电的特征和检测技术在本文中我们将重点研究一种在超宽频带?范围内的局部放电测量技术局部放电脉冲的频谱特性分析传统的局部放电检测是采用检测阻抗来测量放电信号其测量响应频率极限是我们可以依据椭圆示波图来分析其放电特征包括放电相位!放电量大小等等目前这种方法仍被广泛地应用于电力设备绝缘
3、系统的局部放电检测中随着计算机分析技术的发展这类仪收到日期22成永红男年 月生电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室副教授3国家自然科学基金资助项目_http:/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -器在数据处理方面也得到了发展引入了数字滤波!三维谱图分析等但是如果我们仔细分析各类局部放电脉冲特性就会发现一个局部放电脉冲信号不仅包含以下的频率分量它还包含频带宽到甚至更高的信号分量对这些典型的局部放电的频谱分析可清楚地表明这一点11内部放电和表面放电在电力设备中绝缘系统最经常发生的是内部气隙放电通常认为绝缘系统中的气隙在电场作用下会激发电子流和离子流由于空气
4、中电子速度比离子速度大得多因此其局部放电电流是由一持续时间较短的电子脉冲伴随着一个持续时间较长的离子脉冲组成其中电子运动引起的局部放电脉冲其脉冲宽度为级 而离子运动产生的局部放电脉冲宽度约为几百如图所示绝缘体表面的局部放电过程与在介质与导体之间的内部放电过程基本相似其放电主要表征为气体放电的特征12电晕放电电晕放电是在电场极不均匀的情况下导体附近的电场强度达到气体的击穿场强时发生的 以针2板电极系统为例无论针尖电极是负极性或正极性均由针尖发射电子正离子撞击针尖电极产生二次电子发射而产生电晕只是产生电晕的电压不同同时由于气体中离子在电场作用下迁移较快各次放电产生的电荷很快被复合或扩散不会像内部放
5、电那样累积在介质表面形成很强的反电场电晕放电的一次放电波形如图所示波尾比较长这是由于负离子在远离针尖电极电场强度较低的地方迁移比较慢形成的图内部气隙放电的一次放电波形示意图图电晕放电的一次放电波形示意图13放电脉冲的频谱分析上面的分析表明通常局部放电持续时间一般介于?之间它是一个非周期波我们可以将它展开为傅里叶级数分解为各次谐波的叠加进而可以研究诸谐波的频率和振幅的关系数理分析知识告诉我们一个非周期波经过傅里叶变换可以得到一个连续的频率谱图如果我们将局部放电电流看成一个对称脉冲通常局部放电电流脉冲是不对称的为了简化分析将其视为对称型这部分局部放电电流可以表示为 式中为峰值电流为脉冲宽度在最大幅
6、值一半处脉冲宽度为1将其进行傅里叶频谱变换西安交通大学学报第卷中国科技论文在线_http:/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -图放电脉冲的频域变换图此式表示脉冲电流的频谱是与最大峰值电压及脉冲宽度有关它是由不同的频率分量组成的连续谱图它广泛分布在全频谱范围如图所示我们给出了脉冲宽度为的局部放电脉冲电流的频谱变换图局部放电信号的传输与耦合通常我们可以将局部放电信号看成是由一个点源所发出的当介质某处有一个局部放电引起的电磁扰动将会在空间产生电磁波它们遵循麦克斯韦的电磁场基本方程我们可以引入动态位的概念来解释这个问题我们定义为动态向量位为动态标量位它们既是空间坐
7、标的函数又是时间的函数于是由麦克斯韦基本方程可推导出动态位方程?55?5 5?该方程组表示了动态位与波源?!之间的关系其解为?该解说明局部放电产生的电磁波是以速度?沿着方向传播出去的它是时间与位置的函数是一种横电波波对这种以波形式传输的局部放电信号要检测它就需要对这种波进行耦合波耦合器种类和形式很多结构上差异很大工作原理也不尽相同我们根据局部放电的特点设计制作了一种微带耦合传感器该耦合器具有频带范围为?其频率响应特性如图所示 图是频率响应特性测量结果为在1处为1在1处为1在1处为1图是驻波比测量结果为在1处为1在1处为1在1处为1超宽频带局部放电检测技术的初步研究31测量系统组成第期成永红等超
8、宽频带局部放电检测技术的初步研究中国科技论文在线_http:/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -频率响应特性测量图驻波比测量图图微带耦合器频率响应特性图测量系统示意图首先将我们研制的微带耦合传感器与高压设备一起组成一个测量系统如图所示利用该测量系统我们可以测量?之间的各类电磁信号在该测量系统中超宽频带信号是通过微带耦合器采集信号用高频同轴电缆将信号送至示波器我们采用了泰克公司生产的?示波器该示波器带宽为采样速率为 从而实现了实时采样保证了能完整地采集整个放电信号需要说明的是我们设计的微带传感器具有?的超宽频特性但受示波器的带宽限制仅能测量?范围的放电信号3
9、2环境信号的测量在任何良好的测量环境中都不可避免的存在环境干扰我们用超宽频带传感器组成的测量系统测量了两种典型的干扰图 是用该测量系统测量的无电磁波干扰的情况下时域谱图以后的放电测量是在该环境下进行的图 是在格 时间分辨率下测量的某随机性空间电磁波干扰波形图从图我们看到其干扰波形是由几个幅值较大脉宽较窄的脉冲组成图无电磁波干扰时域图图随机性空间电磁波干扰测量图33典型绝缘试样的局部放电测量为了检验我们设计的传感器的超宽频带性能利用该测量系统去测量一种典型的局部放西安交通大学学报第卷中国科技论文在线_http:/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -电时域波形并
10、对其进行了频谱分析随意选取一个包含有气隙的环氧试样图是在格时间分辨率下测得的信号的示波图图是对测得的信号做出的频谱测量外施电压为1放电量为从图和中 可以看出试样在电场作用下其一次局部放电包含着丰富的信息它的频谱分布是从低频到高频广泛分布的在传统的局部放电测量中只测量其在低频下极窄的一段频段内的频率分量损失了相当多的信息时域波形频谱图图绝缘试样局部放电时域图形及频谱分析采用较高的采样频率就会发现局部放电脉冲波形是由一系列小脉冲波组成的它们总体上是呈振荡衰减趋势这些小脉冲波实际上是一些级的放电信号它们是一个完整放电波形的一部分一个完整放电波形宽度可达几百我们反复测试了不同的试样均发现其具有上述特性
11、结论各种局部放电均包含着丰富的信息量突破传统的以下局部放电信号的测量在超宽频带范围内研究局部放电可以使我们较以前更全面地了解局部放电采用微带耦合技术可以测量到以波为主要形式传播的超宽频带局部放电信号我们设计制作的微带耦合传感器在?范围内具有良好的信号耦合特性可用于在超宽频范围内研究局部放电特性并用实验检验了该传感器测量系统的测量特性参考文献葛景滂邱昌容谢恒局部放电测量北京机械工业出版社?南京工学院积分变换北京 高等教育出版社冯慈璋电磁场北京 人民教育出版社下转第页第期成永红等超宽频带局部放电检测技术的初步研究中国科技论文在线_http:/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -参考文献王利祥王佛松导电聚合物聚苯胺的研究进展?应用化学?王利祥王佛松导电聚合物聚苯胺的研究进展-应用化学?2曾幸荣龚克成新型导电聚合物聚苯胺的合成塑料工业王佛松唐劲松可溶性聚苯胺的合成及研究高分子学报?孙以才半导体测量技术北京 治金工业出版社?王佛松聚苯胺的掺杂反应武汉大学学报自然科学版?黄维垣闻建勋高技术有机高分子材料进展北京 化学工业出版社?222?上接第页?222 第期韦玮等聚苯胺的掺杂及其导电性能研究中国科技论文在线_http:/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -
