CN103076546B - 气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验装置，包括特高频信号发生器、GIS试验腔体、置于GIS试验腔体内部的发射天线、接收天线，发射天线与接收天线之间设置可拆卸的盆式绝缘子，GIS的两端使用聚氨酯吸波海绵密封，特高频信号发生器与发射天线连接，接收天线与示波器连接，GIS试验腔体内设还设有通过盆式绝缘子进行固定的导杆。本发明可实现在实验室中对气体绝缘组合电器中局部放电特高频电磁波信号的传播特性进行测试，掌握局部放电特高频电磁波信号在气体绝缘组合电器中传播时的衰减特征，为现场使用特高频方法进行气体绝缘组合电器局部放电的准确检测奠定实验室基础。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备局部放电试验技术领域，具体是一种气体绝缘组合电器(gas insulated substation，GIS)中电磁波传播特性试验装置及试验方法。
背景技术
封闭式气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)因其具有占地面积小、良好的绝缘性能而在电网中得到了广泛的应用。但是由于其全封闭结构特点，一旦出现事故，造成的后果比分离敞开式设备严重得多，其故障修复尤为复杂。
局部放电通常被认为是绝缘事故的前兆，局部放电的出现往往说明GIS存在安装、制造、甚至设计方面的缺陷。GIS内部局部放电持续发展容易引发绝缘击穿故障，因而出现停电事故，给国民经济造成损失，所以对GIS的局部放电进行带电就显得尤为重要。因此局部放电检测对于GIS绝缘事故的及早发现及处理具有重要意义。
目前局部放电特高频检测方法在GIS局部放电带电检测中得到了大规模应用，其对保证设备安全，发现缺陷起到了关键作用。局部放电特高频电磁波信号在GIS中传播时，经过盆式绝缘子时会产生衰减，掌握特高频电磁波信号在GIS中的衰减特性，是进行现场检测和分析的重要基础。由于特高频电磁波信号传播时存在模式转变等现象，之前对其传播特性的研究主要是采用仿真的方法，通过构建GIS不同结构的模型，采用有限时域差分法进行计算，从而得到其传播特性。但实际上GIS中的盆式绝缘子不同的厂家使用的材料各异，同一电压等级的尺寸也不尽相同，仿真计算不能完全囊括所有的类型，因此在实验室中通过试验的方法进行GIS局部放电电磁波信号传播特性的测试，掌握盆式绝缘子对电磁波传播特性的影响，是现场进行准确检测的基础。
发明内容
本发明提供一种气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验装置及试验方法，可通过更换盆式绝缘子在实验室进行电磁波传播特性的试验。
一种气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验装置，包括特高频信号发生器、GIS试验腔体、置于GIS试验腔体内部的发射天线、接收天线，发射天线与接收天线之间设置可拆卸的盆式绝缘子，GIS的两端使用聚氨酯吸波海绵密封，特高频信号发生器与发射天线连接，接收天线与示波器连接，GIS试验腔体内设还设有通过盆式绝缘子进行固定的导杆。
如上所述的试验装置，GIS试验腔体由两段腔体组成，两段腔体通过中间的盆式绝缘子连接成一段腔体。
如上所述的试验装置，两段腔体之间通过盆式绝缘子，利用法兰和固定螺栓及固定螺母进行连接，盆式绝缘子和法兰之间通过密封圈进行密封。
如上所述的试验装置，每段腔体的外端部采用金属盖板进行密封，金属盖板内部粘贴所述聚氨酯吸波海绵。
如上所述的试验装置，每段腔体分别设有阀门和压力表，SF6气体通过阀门充入每段腔体，气体压力通过压力表进行测量。
如上所述的试验装置，特高频信号发生器采用皮秒脉冲发生器。
如上所述的试验装置，发射天线和接收天线均采用小型化双螺旋阿基米德天线。
一种气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验方法，其采用上述的试验装置，包括如下步骤：
步骤一：将两段腔体中间的盆式绝缘子采用中空的金属圆筒代替，保持腔体长度不变但电磁波不通过盆式绝缘子传播，此时利用发射天线和特高频信号发生器发射出特高频电磁波信号，通过接收天线和示波器进行信号的接收，获得电磁波信号没有经过盆式绝缘子的信号；
步骤二：将盆式绝缘子装上，重复以上过程，通过接收天线和示波器进行信号的接收，获得经过了盆式绝缘子的电磁波信号；
步骤三：将步骤一和步骤二中获得的电磁波信号在时域和频域上进行比较，时域信号主要比较信号的最大幅值、平均幅值及信号能量三个特征参数，频域信号主要比较信号的频率分布特征，通过时域对比和频域对比获得绝缘子对电磁波信号传播特性的影响，进而获得电磁波信号在GIS中的传播特性。
本发明可通过内置在GIS试验腔体内部、位于盆式绝缘子一侧的发射天线将特高频电磁波信号注入GIS试验腔体中，通过内置在盆式绝缘子另一侧的接收天线接收特高频信号，这样可通过接收天线获得经过盆式绝缘子之后的电磁波信号，从而可实现在实验室中对气体绝缘组合电器中局部放电特高频电磁波信号的传播特性进行测试，掌握局部放电特高频电磁波信号在气体绝缘组合电器中传播时的衰减特征，为现场使用特高频方法进行气体绝缘组合电器局部放电的准确检测奠定实验室基础。
附图说明
图1是本发明气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验装置其中一个实施例的结构示意图；
图2是本发明试验方法的流程图。
图中：1-特高频信号发生器，2-发射天线，3-GIS试验腔体，4-聚氨酯吸波海绵，5-导杆，6-固定螺栓，7-固定螺母，8-法兰，9-盆式绝缘子，10-密封圈，11-示波器，12-接收天线，13-端部盖板，14-气压表，15-阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1，本发明气体绝缘组合电器(GIS)中电磁波传播特性试验装置的其中一个实施例，包括特高频信号发生器1、GIS试验腔体3、置于GIS试验腔体3内部的发射天线2、接收天线12，发射天线2与接收天线12之间设置可拆卸的盆式绝缘子9，GIS试验腔体3的两端使用聚氨酯吸波海绵4密封。特高频信号发生器1与发射天线2连接，接收天线12与示波器11连接。GIS试验腔体3内设还设有导杆5，导杆5采用铝制材料制成，通过盆式绝缘子9进行固定。
其中，GIS试验腔体3的尺寸参照220kV GIS尺寸制作，由两段腔体组成，两段腔体可通过中间的盆式绝缘子9连接成一段腔体，每段腔体的长度为1300mm，腔体端面直径560mm；导杆5的直径100mm，导杆5长度1000mm。导杆5的存在一方面模拟了实际GIS中的工况，另一方面为电磁波的传播提供了载体，整个试验装置采用铝制金属材料制作，两段腔体具有完全相同的结构。每段腔体的外端部采用金属盖板13进行密封，金属盖板13内部粘贴有厚度为50mm的聚氨酯吸波海绵4，用以进行电磁波信号的吸收，避免了端部对电磁波信号的反射。两段腔体之间可通过盆式绝缘子9，利用法兰8和固定螺栓6及固定螺母7进行连接，盆式绝缘子9和法兰8之间通过密封圈10进行密封，防治气体的泄露。每段腔体分别设有阀门15和压力表14，SF6气体通过阀门15充入每段腔体，气体压力通过压力表14进行测量，试验时充入5个大气压的SF6气体。
本发明实施例中特高频信号发生器1可采用皮秒脉冲发生器，其可产生上升沿为800ps的陡脉冲，通过发射天线2可发射出频率范围在300MHz～1.5GHz的电磁波信号。发射天线2和接收天线12可均采用小型化双螺旋阿基米德天线，内置在GIS试验腔体3内部，两者具有相同的参数，其带宽均为300MHz～1.5GHz。GIS试验腔体3两端采用聚氨酯吸波海绵进行密封，聚氨酯吸波海绵可有效吸收电磁波信号，避免了端部反射波对试验的影响。
发射天线2与接收天线12中间的盆式绝缘子9由于是可拆卸地安装在GIS中，因此可根据测试的需要更换不同材料、不同种类的盆式绝缘子。示波器11可采用泰克MDO4104，具有四通道、1G带宽，5GHz采样率。
使用时，特高频信号发生器1通过内置在GIS试验腔体3内部、位于盆式绝缘子9一侧的发射天线2将特高频电磁波信号注入GIS试验腔体3中，通过内置在盆式绝缘子9另一侧的接收天线12接收特高频信号，由于采用了聚氨酯吸波海绵密封在GIS试验腔体3的两端，因此避免了端部对电磁波信号的反射，这样可通过接收天线12获得经过盆式绝缘子9之后的电磁波信号。试验中可先不施加盆式绝缘子9，首先获得无盆式绝缘子9时的接收信号，然后通过更换不同类型、不同材料的盆式绝缘子，进而获得经过盆式绝缘子时的电磁波信号，从而研究盆式绝缘子对电磁波传播特性的影响。
请参考图2，本发明还提供一种气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验方法，其采用上述气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验装置，包括如下步骤：
步骤一：将两段腔体中间的盆式绝缘子9采用中空的金属圆筒代替，保持腔体长度不变但电磁波不通过盆式绝缘子传播，此时利用发射天线2和特高频信号发生器1发射出特高频电磁波信号，通过接收天线12和示波器11进行信号的接收，获得电磁波信号没有经过盆式绝缘子的信号；
步骤二：将盆式绝缘子9装上，重复以上过程，通过接收天线12和示波器11进行信号的接收，获得经过了盆式绝缘子9的电磁波信号；
步骤三：将步骤一和步骤二中获得的电磁波信号在时域和频域上进行比较，时域信号主要比较信号的最大幅值、平均幅值及信号能量三个特征参数，频域信号主要比较信号的频率分布特征，通过时域对比和频域对比获得绝缘子对电磁波信号传播特性的影响，进而获得电磁波信号在GIS中的传播特性。
试验时可更换不同类型、不同材料的盆式绝缘子，进而获得经过盆式绝缘子时的电磁波信号，从而研究盆式绝缘子对电磁波传播特性的影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种气体绝缘组合电器中电磁波传播特性试验方法，其采用电磁波传播特性试验装置进行试验，所述电磁波传播特性试验装置包括特高频信号发生器(1)、GIS试验腔体(3)、置于GIS试验腔体(3)内部的发射天线(2)、接收天线(12)，发射天线(2)与接收天线(12)之间设置可拆卸的盆式绝缘子(9)，GIS的两端使用聚氨酯吸波海绵(4)密封，特高频信号发生器(1)与发射天线(2)连接，接收天线(12)与示波器(11)连接，GIS试验腔体(3)内设还设有通过盆式绝缘子(9)进行固定的导杆(5)，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将两段腔体中间的盆式绝缘子(9)采用中空的金属圆筒代替，保持腔体长度不变但电磁波不通过盆式绝缘子传播，此时利用发射天线(2)和特高频信号发生器(1)发射出特高频电磁波信号，通过接收天线(12)和示波器(11)进行信号的接收，获得电磁波信号没有经过盆式绝缘子的信号；
步骤二：将盆式绝缘子(9)装上，重复以上过程，通过接收天线(12)和示波器(12)进行信号的接收，获得经过了盆式绝缘子(9)的电磁波信号；
步骤三：将步骤一和步骤二中获得的电磁波信号在时域和频域上进行比较，时域信号主要比较信号的最大幅值、平均幅值及信号能量三个特征参数，频域信号主要比较信号的频率分布特征，通过时域对比和频域对比获得绝缘子对电磁波信号传播特性的影响，进而获得电磁波信号在GIS中的传播特性。
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