【摘要】：特高頻法監(jiān)測(cè)電纜及GIS局部放電時(shí)需要對(duì)放電量進(jìn)行精確地標(biāo)定,以判斷局部放電嚴(yán)重程度。文中提出一種利用Friis傳輸方程對(duì)局部放電定量計(jì)算的方法,該方法將局部放電源作為發(fā)射天線模型化處理,并引入Friis傳輸方程,將計(jì)算等效為天線傳輸過(guò)程,應(yīng)用HFSS仿真得到的四階Hilbert分形天線作為接收天線模型。通過(guò)局部放電試驗(yàn)與計(jì)算分析驗(yàn)證,確定了局部放電量與接收特高頻信號(hào)的能量呈二次曲線的關(guān)系。
【圖文】：

牛囗虼絲?以將放電源等效為發(fā)射天線模型。首先需要設(shè)定局部放電的特征量，局部放電量為D，信號(hào)頻率為f，局部放電電壓為U，局部放電源距離接收天線距離為S，局部放電向周?chē)臻g發(fā)射放電信號(hào)，由于局部放電的特高頻信號(hào)不會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的高壓工頻電磁環(huán)境影響，且本實(shí)驗(yàn)所使用的四階Hilbert分形天線為內(nèi)置天線，信號(hào)衰減較小，且發(fā)射天線與接收天線之間無(wú)障礙物［8-9］，進(jìn)而使其發(fā)射端偏角為0，接收端偏角為θ。以上變量都可以在實(shí)驗(yàn)中或者實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中直接收集到，可以方便地參與到計(jì)算過(guò)程。傳播過(guò)程的模型如圖1所示。圖1信號(hào)傳播過(guò)程Fig．1Signalpropagationprocess現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的局部放電信號(hào)一般都是衰減振蕩信號(hào)，這類(lèi)信號(hào)可以采用指數(shù)振蕩衰減模型來(lái)處理［2，10］:U(t)=Ape－t－t0τcos［2πfe(t－t0)+ae］(3)式中t＞t0，Ap為經(jīng)高頻放大電路放大后的局部放電信號(hào)幅值;t0為放電脈沖起始時(shí)刻;fe為衰減振蕩頻率;τ為衰減時(shí)間常數(shù)。本文只針對(duì)能量積累與放電量，計(jì)算模型可以不計(jì)及振蕩部分，簡(jiǎn)化后進(jìn)行有限元?jiǎng)澐值臄?shù)學(xué)模型為:U(k)=Aet0－kΔt(4)2．2接收天線模型局部放電特高頻在線監(jiān)測(cè)天線種類(lèi)日益多樣化。目前接收天線主要包括螺旋天線、分形天線和陣列天線三種［11-13］。不同種類(lèi)的天線可以通過(guò)阻抗匹配設(shè)計(jì)或者匹配元件達(dá)到阻抗匹配的目的，因此本文設(shè)置接收天線的饋線是匹配的。選取四階Hilbert分形天線［14］作為接收天線計(jì)算模型。天線的相關(guān)參數(shù)可以通過(guò)仿真確定，基于HFSS仿真得到的四階Hilbert分形天線相關(guān)特性如圖2所示。圖2四階Hilbert分形天線方向圖和增益Fig．2Patternandgainoffourth-orderHilbertfractalantennas2．3接收功?

本文只針對(duì)能量積累與放電量，計(jì)算模型可以不計(jì)及振蕩部分，簡(jiǎn)化后進(jìn)行有限元?jiǎng)澐值臄?shù)學(xué)模型為:U(k)=Aet0－kΔt(4)2．2接收天線模型局部放電特高頻在線監(jiān)測(cè)天線種類(lèi)日益多樣化。目前接收天線主要包括螺旋天線、分形天線和陣列天線三種［11-13］。不同種類(lèi)的天線可以通過(guò)阻抗匹配設(shè)計(jì)或者匹配元件達(dá)到阻抗匹配的目的，因此本文設(shè)置接收天線的饋線是匹配的。選取四階Hilbert分形天線［14］作為接收天線計(jì)算模型。天線的相關(guān)參數(shù)可以通過(guò)仿真確定，基于HFSS仿真得到的四階Hilbert分形天線相關(guān)特性如圖2所示。圖2四階Hilbert分形天線方向圖和增益Fig．2Patternandgainoffourth-orderHilbertfractalantennas2．3接收功率與放電量計(jì)算模型任意方向上的天線增益G(θ，φ)為:G(θ，φ)=GF2(θ，φ)(5)歸一化功率方向圖:p(θ，φ)=F2(θ，，φ)(6)則任意方向的天線方向系數(shù)D(θ，φ):D(θ，φ)=DF2(θ，φ)(7)因此接收天線的接收功率為:PＲ=(λ4πr)2PtGt(θt，φt)Gr(θr，φr)epezteo(8)將上式簡(jiǎn)化后可以得到如下關(guān)系式:PＲ=ζ·Pt(9)式中ξ為PＲ與Pt的關(guān)系系數(shù)，與接收信號(hào)的波長(zhǎng)、天線的增益和方向系數(shù)等參數(shù)有關(guān)。放電量Q是指局部放電釋放的電荷數(shù)，單位為pC，因此有:Q=Σk=nk=1I(k)·Δt=ΔtＲLΣk=nk=1Ut(k)=Σk=nk=1Ut(k)(10)式中I(k)表示局部放電開(kāi)始后第k個(gè)采樣點(diǎn)的—13—第54卷第21期電測(cè)與儀表Vol．54No．212017年11月10日ElectricalMeasurement＆InstrumentationNov．10，2017
【作者單位】： 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司;華北電力大學(xué)河北省輸變電設(shè)備安全防御重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【分類(lèi)號(hào)】：TM855

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本文編號(hào)：2531038