局放超高頻檢測仿真和電磁波理論分析的研究

由於變壓器中局放上升沿很陡，脈衝寬度多為納秒（miǎo）級，能激（jī）起1GHz以上（shàng）的超高頻電（diàn）磁信號，在（zài）進（jìn）行仿真時的軟（ruǎn）件應該為高頻電磁場仿真軟件。為了提高（gāo）計算精（jīng）度（dù）和縮短計算時間，仿（fǎng）真軟件所采用的方法最好是時域法（fǎ）。國內外用於PD超高頻檢測仿真的主要方法為時域有（yǒu）限差分法(FDTD)。 FDTD是近（jìn）年來發展很快的一種電磁場數值計算方法，它用各離散點上函數的差商來近似代替該點的偏導（dǎo）數，將含時間變量的（de）麥克斯（sī）韋旋（xuán）度方程轉化為一組（zǔ）差分方程，並在時（shí）間軸上逐步推進以求解空間電（diàn）磁場。FDTD法采（cǎi）用交替抽樣的離散方式，在空間和時間（jiān）上處理電磁場E, H分量（liàng），在計算中將（jiāng）空間某一網格（gé）點的電場(磁場)與周圍（wéi）磁場(電場)直接相關聯（lián），且介質（zhì）參數已（yǐ）賦值給計（jì）算空間的每一個元胞，利用（yòng）計（jì）算機技術，通過求（qiú）解差分方程，可方便解出各網格點（diǎn）的場值。FDTD法在GIS的局部放電超高頻仿真中應用的較（jiào）早（zǎo），有學（xué）者研究了（le）GIS局部放電超高頻電磁波信號與視在（zài）放（fàng）電量的關係，發現UHF信號可以在一（yī）定程度上反映出GIS的絕緣狀態，而與視在放電量的關係還需進一步研究。電力變壓器（qì）內部結構比GIS更（gèng）為複（fù）雜，所以變壓（yā）器超高頻（pín）信（xìn）號（hào）與視在放電量關係的（de）仿真研究會（huì）更加的複雜。有研究表明利用時域有限差分（fèn）法研究了超高（gāo）頻天線周圍螺釘對UHF信號的影（yǐng）響，研究發現：在幾個螺釘的對稱中心（xīn），螺釘對信號基本不影響。

由於仿真中成版人APP网站得到的是檢測點的暫態電場信號，而在實際中我（wǒ）們用超高頻天（tiān）線和傳感器得到（dào）的（de）是電（diàn）磁波信號，所以兩者不能直（zhí）接進行（háng）對比。為了印證仿真的正確與否，成版人APP网站設計了一種單極子探針（zhēn）來檢測局部放電所產生的暫態電場，根據前人的（de）方法與仿真波形對比；由於仿真時的種（zhǒng）種近似和誤差，仿真暫態電場（chǎng）信號與實測的並不是完全一樣，所以（yǐ）也用一定時間範圍內的仿真和測（cè）量的UHF能量進行對比（bǐ）。

通常電（diàn）力變壓器絕緣結構中的局部放電可（kě）看作是一點源發出的，在油中傳播時它們遵循電磁場（chǎng）的麥克斯韋（wéi）的方程，通過引入動態向量位和動態標（biāo）量位，麥克斯韋基本方程可轉（zhuǎn）化為動態方程，可看出（chū）局部放電（diàn）電磁波是時間和位置的函數，是一種橫電磁波。在變壓器超高頻局部放（fàng）電檢測過程中，電（diàn）磁（cí）波在變壓器內傳播時會遇到3種情況：1)經過單一介（jiè）質(變壓器油（yóu）)；2)複合介質(油一（yī）絕緣板)；3)金屬導體(變壓器箱體)。UHF電磁波信號在變壓器內傳播時要經過多（duō）種（zhǒng）不同的（de）組合介質，在組合介質交界麵處電磁波會發生（shēng）折反射，如（rú）果兩種組合介質的林和。相近時，入射波會幾乎無反射的進入下一層介質。在變壓器內部（bù），為了使在變（biàn）壓器組合介質上的電場接近（jìn），常選（xuǎn）用相對（duì）介電常數（shù）比較接近介質組合(如油和紙絕緣)，UHF信號在這種組合（hé）絕緣介質中（zhōng）的衰減很小。由於趨膚效應，電磁波不能透過變壓器箱體，並且頻率越高（gāo）趨膚深度越小，如果把變壓器箱體看作是理想電導體，電磁波將發生全反射。有學者研究時引入光程的概念，說明（míng）了鐵心對電磁波傳播的影響。入射電磁波在沿（yán）曲麵傳播時不（bú）斷沿切線方向發出繞射射（shè）線，故其能（néng）量迅速衰減（jiǎn），對局部放電UHF信號的檢（jiǎn）測很（hěn）不利。