2004年l2月重庆大学学报(自然科学版)Dec．2OO4第27卷第l2期JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)Vo1．27No．12文章编号：1000—582X(2004)l2—0032—05GIS局部放电信号及内置传感器检测分析唐炬，彭文雄，孙才新，侍海军，许中荣(1．重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆400030；2．江苏省苏州供电公司常熟供电局，江苏常熟215004)摘要：气体绝缘组合电器(GIS)局部放电不仅激发横向电磁波(TEM)，而且会激发横向电场波(TE)和横向磁场波(TM)。利用电磁场中的并矢格林函数理论，推导出了GIS中PD信号在任意点激发瞬变电场的计算表达式，在计算GIS中PD激发的电场时，应考虑TEM波和检测频段内所有高次模波的贡献。在实验室GIS模拟装置上，设计了灵敏度及抗干扰能力优于外置传感器的内置传感器，并用天线模型对其进行了频率响应特性分析，最后直接用高参数数字存储示波器测量了由金属突出物缺陷产生的局部放电信号。关键词：气体绝缘组合电器；局部放电；电磁波；传感器；响应特性中图分类号：TM835文献标识码：A在GIS内部，由于生产制造或者长期运行过程中GIS中发生局部放电时，PD将激发横向电磁场波出现的潜伏性绝缘缺陷，可能导致不同程度的局部放(TEM)、横向电场波(TE)和横向磁场波(TM)。因此，电。GIS内部局部放电总是在小范围里发生，且具有计算GIS中PD在任意点激发的瞬变电场时要考虑各极快的击穿特性。这种持续时间极短的陡脉冲，包含种波型的贡献。了从低频到1GHz频率成分的能量分布，局放脉冲所由于PD脉冲的等值频率极高，采用常用的电场激发的电磁波不仅以横向电磁波(TEM)形式传播，而数值计算方法计算该电场存在相当的难度】。笔者且会建立横向电场波(TE)和横向磁场波(TM)⋯。引人并矢格林函数理论，导出了该电场的计算公式。通过对GIS局部放电在线监测，可以有效地监视由于实际GIS中的工频电场沿径向分布，为简化计算，GIS绝缘状况，并及时发现内部绝缘缺陷。由于局部可以认为PD电流只沿径向流动，而且只发生在局部放电信号微弱，而且等值频率极高，因而要求传感器有区域，不考虑工频电磁场的影响。很高的灵敏度和良好的频率响应特性。目前，国外普理想同轴波导中任意电流分布激发的瞬变电场可遍采用将传感器装设在GIS内部，传感器为电容型由下式表示j：探头，一般为圆板型结构，国内则采用外部天线。j，n■与内部传感器相比，外部天线的灵敏度和抗干扰能力E(R)=jwhofjJG(RlR)(R)dV(1)较差。口式中，E(R)为柱坐标系中R=(r，，)处的电场强度笔者首先分析了GIS局放脉冲激发的电磁信号及向量；(R)为R=(r，，)源位置处PD电流密度其传输特性，利用实验室GIS模拟装置，设计制作了两种结构的内置传感器，以天线模型分析传感器的超高向量；G(RIR)为适用于同轴波导结构的第一类并矢频频率响应特性，并对GIS模拟装置内金属突出物缺格林函数，它是R和R的函数；为刚好包围PD电流陷激发的局部放电脉冲信号进行检测。源的空间体积。PD电流脉冲将激发TEM、TE和TM波，各种波型1GIS局部放电脉冲激发的电磁波与传输对应的并矢格林函数不同，同轴波导结构的各种并矢1．1GIS内部局部放电脉冲与电磁场格林函数具体形式如下⋯：由于GIS本身是一个良好的同轴波导结构，当1)TEM波·收稿日期：2004—08—20基金项目：重庆市科技公关资助项目(7795)作者简介：唐炬(1960一)，男，四川蓬溪人，重庆大学教授，博士生导师，从事电气设备绝缘在线监测及故障诊断研究。第27卷第12期唐炬等：CIS局部放电信号及内置传感器检测分析33在圆柱坐标系中，电位函数满足二维拉普拉斯(，R．’R，、)Zo1exp[一(z—z，)]～4—,rrln(—b／a)方程’(2)cr+=。c92)TE波由边界条件：r=口处，=；r=6处，=0，可得沿正G住(RIR)=—／．J(3)一z方向传输的TEM波的电场和磁场分别为其中D=(2—：)J：(u，6)M，(R)×≯M(R)exp[(z—z)](1o)2bN=[Jt2(u口)(1一—)一“№U2，2(6)(1一)]式中，后=∞为波沿z轴单位长度的相位移。u一口(4)M(R)=号cos(n咖)z(ur)一u,~sin(n)Z(ur)Z(ur)=J(u，r)Y(u，口)一oz(u~r)J。(u口)E=oJB=一u——⋯⋯⋯⋯日u是方程(5)的m阶根：