基于Friis传输方程的局部放电定量计算方法研究
【图文】：
牛囗虼丝?以将放电源等效为发射天线模型。首先需要设定局部放电的特征量，局部放电量为D，信号频率为f，局部放电电压为U，局部放电源距离接收天线距离为S，局部放电向周围空间发射放电信号，由于局部放电的特高频信号不会受现场运行的高压工频电磁环境影响，且本实验所使用的四阶Hilbert分形天线为内置天线，信号衰减较小，且发射天线与接收天线之间无障碍物［8-9］，进而使其发射端偏角为0，接收端偏角为θ。以上变量都可以在实验中或者实际检测过程中直接收集到，可以方便地参与到计算过程。传播过程的模型如图1所示。图1信号传播过程Fig．1Signalpropagationprocess现场检测的局部放电信号一般都是衰减振荡信号，这类信号可以采用指数振荡衰减模型来处理［2，10］:U(t)=Ape－t－t0τcos［2πfe(t－t0)+ae］(3)式中t＞t0，Ap为经高频放大电路放大后的局部放电信号幅值;t0为放电脉冲起始时刻;fe为衰减振荡频率;τ为衰减时间常数。本文只针对能量积累与放电量，计算模型可以不计及振荡部分，简化后进行有限元划分的数学模型为:U(k)=Aet0－kΔt(4)2．2接收天线模型局部放电特高频在线监测天线种类日益多样化。目前接收天线主要包括螺旋天线、分形天线和阵列天线三种［11-13］。不同种类的天线可以通过阻抗匹配设计或者匹配元件达到阻抗匹配的目的，因此本文设置接收天线的馈线是匹配的。选取四阶Hilbert分形天线［14］作为接收天线计算模型。天线的相关参数可以通过仿真确定，基于HFSS仿真得到的四阶Hilbert分形天线相关特性如图2所示。图2四阶Hilbert分形天线方向图和增益Fig．2Patternandgainoffourth-orderHilbertfractalantennas2．3接收功?
本文只针对能量积累与放电量，计算模型可以不计及振荡部分，简化后进行有限元划分的数学模型为:U(k)=Aet0－kΔt(4)2．2接收天线模型局部放电特高频在线监测天线种类日益多样化。目前接收天线主要包括螺旋天线、分形天线和阵列天线三种［11-13］。不同种类的天线可以通过阻抗匹配设计或者匹配元件达到阻抗匹配的目的，因此本文设置接收天线的馈线是匹配的。选取四阶Hilbert分形天线［14］作为接收天线计算模型。天线的相关参数可以通过仿真确定，基于HFSS仿真得到的四阶Hilbert分形天线相关特性如图2所示。图2四阶Hilbert分形天线方向图和增益Fig．2Patternandgainoffourth-orderHilbertfractalantennas2．3接收功率与放电量计算模型任意方向上的天线增益G(θ，φ)为:G(θ，φ)=GF2(θ，φ)(5)归一化功率方向图:p(θ，φ)=F2(θ，，φ)(6)则任意方向的天线方向系数D(θ，φ):D(θ，φ)=DF2(θ，φ)(7)因此接收天线的接收功率为:PＲ=(λ4πr)2PtGt(θt，φt)Gr(θr，φr)epezteo(8)将上式简化后可以得到如下关系式:PＲ=ζ·Pt(9)式中ξ为PＲ与Pt的关系系数，与接收信号的波长、天线的增益和方向系数等参数有关。放电量Q是指局部放电释放的电荷数，单位为pC，因此有:Q=Σk=nk=1I(k)·Δt=ΔtＲLΣk=nk=1Ut(k)=Σk=nk=1Ut(k)(10)式中I(k)表示局部放电开始后第k个采样点的—13—第54卷第21期电测与仪表Vol．54No．212017年11月10日ElectricalMeasurement＆InstrumentationNov．10，2017
【作者单位】： 国网浙江省电力公司舟山供电公司;华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室;
【分类号】：TM855
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