gis电磁波传播特性的分析研究(附件)【字数：11107】
摘 要GIS设备在生产、运输、安装和运行期间，不可避免的产生绝缘缺陷，如自由金属微粒、部件松动、绝缘子表面脏污等，这些缺陷不能直接导致绝缘击穿，而引发局部放电的现象。GIS 内发生局部放电时伴随有一个很陡的电流脉冲(ns级), 并在GIS 腔体内激励频率高达数GHz 的电磁波。通过监测这些局部放电信号，研究这些信号在GIS的几种典型结构中的传播特性，对提早发现设备早期的绝缘缺陷和预防事故的发生, 对GIS进行局放检测、评估绝缘状况具有重要意义。而研究直线型、L型及T型等典型结构中电磁波的传播特性是检测局部放电信号的基础，因此本文主要以ANSYS仿真算法为主，对GIS设备的典型结构进行CAD建模，并导入ANSYS研究分析典型结构中电场分布，比较相同结构不同电压等级GIS的电场分布；相同电压不同结构GIS的电场分布；研究内导杆尖刺这种典型缺陷的电场分布。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 论文研究内容 2
第二章 GIS基本理论 4
2.1 SF6特性 4
2.1.1 基本特性 4
2.1.2 绝缘特性 4
2.1.3 熄弧特性 5
2.2 GIS概述 5
2.2.1 GIS的组成 5
2.2.2 GIS的特点 6
2.3 局部放电 7
第三章 GIS典型结构及缺陷建模 9
3.1 AutoCAD简介 9
3.2 典型结构建模 9
3.2.1 直线型结构 10
3.2.2 L型结构 10
3.2.3 T型结构 11
3.3 典型缺陷建模 11
第四章 GIS典型结构及缺陷电场分析 13
4.1 三种仿真比较 13
4.1.1 有限元分析 13
4.1.2 矩量法 13
4.1.3 有限时域差分法 13
4.2 ANSYS简介 14
4.3 ANSYS仿真结果与分析 14
4.3.1 典型结构电压分布图 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 4.3.2 典型结构电场分析 18
4.3.3 高压尖刺缺陷的电场分析 21
第五章 总结展望 23
5.1 结论 23
5.2 展望 23
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
绪论
1.1 研究背景意义
GIS（气体绝缘组合电器）日益成为电力系统中的重要设备，具有可靠性高、安装维护量少、占地面积小、不受外界环境影响等特点。但GIS会因出产制造缺点或持久运行中呈现潜伏性绝缘缺点，从而致使局部放电发生，进而引发绝缘劣化乃至击穿和闪络，要挟运行可靠性。因此，研究GIS局放（高斯脉冲）电磁波传播特点（时变电磁场）对提前发现设备早期的绝缘缺陷和预防事故的发生, 对GIS进行局放检测、评估绝缘状况具有重要意义。其中，对于研究典型结构（直线型、T型和L型）GIS电磁波传波特性（静电场），是研究后续工作的基础。
GIS腔体是一个含腔体和导杆的同轴布局，在此中会存在不同种类的电磁波，具备不一样的截止频率，只有高于截止频率的波才可以传播开来。GIS内产生局部放电时伴有一个很尖锐的电流脉冲，同时在腔体内激励频率高达1.5GHz 的电磁波。超高频（UHF）检测法频率范围300MHz至3GHz，原理是将GIS看作是同轴传输线，局放产生的短脉冲沿轴向进行传播。由于超高频法抗干扰性好、灵敏度高，目前在电力系统中得到了广泛使用[10]，具有良好的前景。
1.2 研究现状
1.有限时域差分方法[1]时域电磁场分析
这是英国斯克莱德大学学者提出的一种方法。将电场E和磁场H在空间和时间上都取离散表达形式 ,对任意位置的放电信号 ，即使是快速暂态量，都能用数学变量进行表达。在整个结构很复杂的电场模型下,放电信号的位置和特性都变化很大,因此该方法对分析这类问题很有效。
2.物理化学诊断方法[1]绝缘故障辅助分析
这是俄罗斯科学家提出一种方法,其基本原理是:因为 SF6中包括一些杂质 (O2 , N2 , CF4等),局部放电发生时,在温度和压力感化下, 酸碱度、湿度、密度等一些参数会发生变化 , 按照发生的化合物的种类和密度判定出局放的水平。
3.用于宽带电磁波监测的小波方法[2]宽带电磁波 (EM )动态频谱分析
这是日本大阪大学学者提出了一种方法 ，这种非接触式监测故障征兆方法使用由高斯函数产生的伽柏函数的实部作为母小波, 对电磁波信号进行小波变换。经小波变换后的局放信号能与其它干扰波段区分开来，当 Q增加时, 电磁波主要在20～80MHz的低频段,且低频段的耐压值上升，当Q减小时则主要在120～200MHz的高频段。
4.超宽频带 UHF无线电抗干扰系统[2]局放源监测
这是日本大阪大学又提出一种方法，该系统根据不同频率提取的两个经傅立叶变换后的 EM 信号间的相位差来判断局放程度, 并计算从局放源发射的电磁波的方向,不需要安装天线, 减少了测量现场的操作时间。
5.相位门极控制法[2]局放源监测
这是日本名古屋大学提出的一种方法，如图 1, 它是通过测量空气中的外部噪声所引起的电磁波，以及在 SF6气体中的局放信号, 根据在空气和 SF6气体中局放和电压相位角间的关系的不同而作为判断依据。
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图 1 空气和 SF6 气体中的相位脉冲
6.外部传感器监测定位放点源
这是清华大学在早年提出的一种方法，其基于超高频监测法的便携式局放检测仪和330KV的GIS局部放电在线监测系统均为外部传感器，非常便捷实用，目前已经在很多地方投入使用，取得了十分好的效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 论文研究内容 2
第二章 GIS基本理论 4
2.1 SF6特性 4
2.1.1 基本特性 4
2.1.2 绝缘特性 4
2.1.3 熄弧特性 5
2.2 GIS概述 5
2.2.1 GIS的组成 5
2.2.2 GIS的特点 6
2.3 局部放电 7
第三章 GIS典型结构及缺陷建模 9
3.1 AutoCAD简介 9
3.2 典型结构建模 9
3.2.1 直线型结构 10
3.2.2 L型结构 10
3.2.3 T型结构 11
3.3 典型缺陷建模 11
第四章 GIS典型结构及缺陷电场分析 13
4.1 三种仿真比较 13
4.1.1 有限元分析 13
4.1.2 矩量法 13
4.1.3 有限时域差分法 13
4.2 ANSYS简介 14
4.3 ANSYS仿真结果与分析 14
4.3.1 典型结构电压分布图 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 4.3.2 典型结构电场分析 18
4.3.3 高压尖刺缺陷的电场分析 21
第五章 总结展望 23
5.1 结论 23
5.2 展望 23
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
绪论
1.1 研究背景意义
GIS（气体绝缘组合电器）日益成为电力系统中的重要设备，具有可靠性高、安装维护量少、占地面积小、不受外界环境影响等特点。但GIS会因出产制造缺点或持久运行中呈现潜伏性绝缘缺点，从而致使局部放电发生，进而引发绝缘劣化乃至击穿和闪络，要挟运行可靠性。因此，研究GIS局放（高斯脉冲）电磁波传播特点（时变电磁场）对提前发现设备早期的绝缘缺陷和预防事故的发生, 对GIS进行局放检测、评估绝缘状况具有重要意义。其中，对于研究典型结构（直线型、T型和L型）GIS电磁波传波特性（静电场），是研究后续工作的基础。
GIS腔体是一个含腔体和导杆的同轴布局，在此中会存在不同种类的电磁波，具备不一样的截止频率，只有高于截止频率的波才可以传播开来。GIS内产生局部放电时伴有一个很尖锐的电流脉冲，同时在腔体内激励频率高达1.5GHz 的电磁波。超高频（UHF）检测法频率范围300MHz至3GHz，原理是将GIS看作是同轴传输线，局放产生的短脉冲沿轴向进行传播。由于超高频法抗干扰性好、灵敏度高，目前在电力系统中得到了广泛使用[10]，具有良好的前景。
1.2 研究现状
1.有限时域差分方法[1]时域电磁场分析
这是英国斯克莱德大学学者提出的一种方法。将电场E和磁场H在空间和时间上都取离散表达形式 ,对任意位置的放电信号 ，即使是快速暂态量，都能用数学变量进行表达。在整个结构很复杂的电场模型下,放电信号的位置和特性都变化很大,因此该方法对分析这类问题很有效。
2.物理化学诊断方法[1]绝缘故障辅助分析
这是俄罗斯科学家提出一种方法,其基本原理是:因为 SF6中包括一些杂质 (O2 , N2 , CF4等),局部放电发生时,在温度和压力感化下, 酸碱度、湿度、密度等一些参数会发生变化 , 按照发生的化合物的种类和密度判定出局放的水平。
3.用于宽带电磁波监测的小波方法[2]宽带电磁波 (EM )动态频谱分析
这是日本大阪大学学者提出了一种方法 ，这种非接触式监测故障征兆方法使用由高斯函数产生的伽柏函数的实部作为母小波, 对电磁波信号进行小波变换。经小波变换后的局放信号能与其它干扰波段区分开来，当 Q增加时, 电磁波主要在20～80MHz的低频段,且低频段的耐压值上升，当Q减小时则主要在120～200MHz的高频段。
4.超宽频带 UHF无线电抗干扰系统[2]局放源监测
这是日本大阪大学又提出一种方法，该系统根据不同频率提取的两个经傅立叶变换后的 EM 信号间的相位差来判断局放程度, 并计算从局放源发射的电磁波的方向,不需要安装天线, 减少了测量现场的操作时间。
5.相位门极控制法[2]局放源监测
这是日本名古屋大学提出的一种方法，如图 1, 它是通过测量空气中的外部噪声所引起的电磁波，以及在 SF6气体中的局放信号, 根据在空气和 SF6气体中局放和电压相位角间的关系的不同而作为判断依据。
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图 1 空气和 SF6 气体中的相位脉冲
6.外部传感器监测定位放点源
这是清华大学在早年提出的一种方法，其基于超高频监测法的便携式局放检测仪和330KV的GIS局部放电在线监测系统均为外部传感器，非常便捷实用，目前已经在很多地方投入使用，取得了十分好的效果。
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