變壓器局域電力即時(shí)勘驗程序的構件研討剖析
發(fā)布時(shí)間：2013-08-21 新聞來(lái)源：一覽變壓器英才網(wǎng)
Hilbert分形天線(xiàn)仿真與優(yōu)化設計Hilbert分形天線(xiàn)體積小，可作為內置式超高頻天線(xiàn)通過(guò)變壓器放油閥置于變壓器內部，實(shí)現變壓器局部放電在線(xiàn)監測。分別設計了2階和3階Hilbert分形天線(xiàn)，采用Ansoft電磁場(chǎng)仿真軟件，計算Hilbert分形天線(xiàn)諧振頻率fr及其輸出阻抗Ro，并分析了分形天線(xiàn)外圍尺寸L、分形天線(xiàn)階數n、天線(xiàn)導體寬度b和饋電點(diǎn)對fr和Ro的影響。
Hilbert分形天線(xiàn)采用印制電路板制作，電介質(zhì)板的介電常數和厚度由仿真優(yōu)化確定。仿真設置電路板相對介電常數優(yōu)化范圍為3～5，板厚度為1～3mm，分形天線(xiàn)頻帶范圍為300kHz～3GHz，仿真終止條件為諧振頻率處駐波比低于2。1所示為采用中心饋電的2階和3階Hilbert分形天線(xiàn)的fr和Ro隨天線(xiàn)L、n和b變化的仿真計算結果，最優(yōu)的電介質(zhì)板介電常數和厚度分別為4.4和1.6mm。由1可見(jiàn)，fr隨L的增大而降低；n的增加會(huì )導致fr降低；隨著(zhù)b的增加，fr會(huì )相應提高。
同時(shí)可以看出，增加n會(huì )引起Ro增加，減小b會(huì )提高輸出電阻Ro。對于采用中心饋電的Hilbert分形天線(xiàn)而言，很難通過(guò)調整天線(xiàn)參數使Ro接近50Ω，不利于與50Ω傳輸電纜匹配。
通過(guò)改變饋電點(diǎn)位置，可改變諧振頻率點(diǎn)天線(xiàn)的輸出阻抗。2所示為L(cháng)＝30mm、b＝2mm的3階Hilbert分形天線(xiàn)分別在如2所示的5個(gè)饋電點(diǎn)饋電時(shí)，天線(xiàn)在諧振頻率點(diǎn)fr的輸出阻抗Ro的仿真結果�？梢钥闯�，fr隨饋電點(diǎn)位置的改變很小，而Ro卻隨饋電點(diǎn)位置發(fā)生很大變化；當饋電點(diǎn)設計在點(diǎn)4（如2所示）時(shí)，天線(xiàn)Ro最接近于50Ω。
模型試驗5所示為3種典型變壓器油紙絕緣缺陷。5（a）中高壓電極和接地電極直徑為200mm，厚度為10mm，氣隙放電模型中采用3層紙板疊加制作，中層紙板中心孔徑為100mm，絕緣紙板厚度為0.5mm，直徑為500mm；5（b）中高壓電極和接地電極尺寸與5（a）中所用電極相同，絕緣紙板厚度和直徑也相同；5（c）中高壓針電極錐角度為5°，針身直徑為10mm，接地電極與其他2個(gè)模型接地電極相同，針板電極間隙高度為10mm。
局部放電超高頻信號功率譜分析7所示的3種缺陷模型局部放電實(shí)測脈沖信號的功率譜如12所示�？梢�(jiàn)，氣隙放電的分形天線(xiàn)實(shí)測脈沖信號（a）能量分布在200MHz以下、400～700MHz及900～1200MHz等頻段，且在183MHz、478MHz和1210MHz3個(gè)頻率點(diǎn)能量相對較高；沿面放電的分形天線(xiàn)實(shí)測脈沖信號（b）能量分布頻段與氣隙放電相似，但在超過(guò)600MHz頻段的能量很低，在40MHz、183MHz和478MHz頻率點(diǎn)上的能量相對較高；油中電暈放電的分形天線(xiàn)實(shí)測脈沖信號（c）能量集中在40MHz，在120MHz和195MHz2個(gè)頻率點(diǎn)具有一定的能量。
以上分析明，Hilbert分形天線(xiàn)對3種不同類(lèi)型局部放電響應信號的功率譜具有明顯的差別，可用于區分不同類(lèi)型的局部放電，為進(jìn)一步提取局部放電超高頻信號特征，進(jìn)行局部放電模式識別，判斷變壓器內部故障類(lèi)型奠定了基礎。
分形天線(xiàn)仿真與優(yōu)化設計Hilbert分形天線(xiàn)體積小，可作為內置式超高頻天線(xiàn)通過(guò)變壓器放油閥置于變壓器內部，實(shí)現變壓器局部放電在線(xiàn)監測。分別設計了2階和3階Hilbert分形天線(xiàn)，采用Ansoft電磁場(chǎng)仿真軟件，計算Hilbert分形天線(xiàn)諧振頻率fr及其輸出阻抗Ro，并分析了分形天線(xiàn)外圍尺寸L、分形天線(xiàn)階數n、天線(xiàn)導體寬度b和饋電點(diǎn)對fr和Ro的影響。
Hilbert分形天線(xiàn)采用印制電路板制作，電介質(zhì)板的介電常數和厚度由仿真優(yōu)化確定。仿真設置電路板相對介電常數優(yōu)化范圍為3～5，板厚度為1～3mm，分形天線(xiàn)頻帶范圍為300kHz～3GHz，仿真終止條件為諧振頻率處駐波比低于2。1所示為采用中心饋電的2階和3階Hilbert分形天線(xiàn)的fr和Ro隨天線(xiàn)L、n和b變化的仿真計算結果，最優(yōu)的電介質(zhì)板介電常數和厚度分別為4.4和1.6mm。由1可見(jiàn)，fr隨L的增大而降低；n的增加會(huì )導致fr降低；隨著(zhù)b的增加，fr會(huì )相應提高。
同時(shí)可以看出，增加n會(huì )引起Ro增加，減小b會(huì )提高輸出電阻Ro。對于采用中心饋電的Hilbert分形天線(xiàn)而言，很難通過(guò)調整天線(xiàn)參數使Ro接近50Ω，不利于與50Ω傳輸電纜匹配。
通過(guò)改變饋電點(diǎn)位置，可改變諧振頻率點(diǎn)天線(xiàn)的輸出阻抗。2所示為L(cháng)＝30mm、b＝2mm的3階Hilbert分形天線(xiàn)分別在如2所示的5個(gè)饋電點(diǎn)饋電時(shí)，天線(xiàn)在諧振頻率點(diǎn)fr的輸出阻抗Ro的仿真結果�？梢钥闯�，fr隨饋電點(diǎn)位置的改變很小，而Ro卻隨饋電點(diǎn)位置發(fā)生很大變化；當饋電點(diǎn)設計在點(diǎn)4（如2所示）時(shí)，天線(xiàn)Ro最接近于50Ω。
模型試驗5所示為3種典型變壓器油紙絕緣缺陷。5（a）中高壓電極和接地電極直徑為200mm，厚度為10mm，氣隙放電模型中采用3層紙板疊加制作，中層紙板中心孔徑為100mm，絕緣紙板厚度為0.5mm，直徑為500mm；5（b）中高壓電極和接地電極尺寸與5（a）中所用電極相同，絕緣紙板厚度和直徑也相同；5（c）中高壓針電極錐角度為5°，針身直徑為10mm，接地電極與其他2個(gè)模型接地電極相同，針板電極間隙高度為10mm。
局部放電超高頻信號功率譜分析7所示的3種缺陷模型局部放電實(shí)測脈沖信號的功率譜如12所示�？梢�(jiàn)，氣隙放電的分形天線(xiàn)實(shí)測脈沖信號（a）能量分布在200MHz以下、400～700MHz及900～1200MHz等頻段，且在183MHz、478MHz和1210MHz3個(gè)頻率點(diǎn)能量相對較高；沿面放電的分形天線(xiàn)實(shí)測脈沖信號（b）能量分布頻段與氣隙放電相似，但在超過(guò)600MHz頻段的能量很低，在40MHz、183MHz和478MHz頻率點(diǎn)上的能量相對較高；油中電暈放電的分形天線(xiàn)實(shí)測脈沖信號（c）能量集中在40MHz，在120MHz和195MHz2個(gè)頻率點(diǎn)具有一定的能量。
以上分析明，Hilbert分形天線(xiàn)對3種不同類(lèi)型局部放電響應信號的功率譜具有明顯的差別，可用于區分不同類(lèi)型的局部放電，為進(jìn)一步提取局部放電超高頻信號特征，進(jìn)行局部放電模式識別，判斷變壓器內部故障類(lèi)型奠定了基礎。
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