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电缆附件局部放电监测超高频传感器电磁特性仿真及设计

作　者: 付婷婷
导　师: 汪沨
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 超高频局部放电电磁波电缆附件传感器
分类号: TM835
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国电力事业的飞速发展,城市电网的不断改造,电力电缆以其优越的性能广泛应用于各个电压等级的配电网中,特别是高压、超高压电力电缆已在电网中占据非常重要的地位。然而目前该类产品安全稳定运行的主要技术困难之一就是高压电缆的联接技术,统计表明至少一半以上的电缆线路故障是由于电缆联接故障引起的。电缆附件已经成为高压电缆线路绝缘的最薄弱环节和运行故障的典型部位。因此,对高压电缆附件绝缘故障进行在线监测具有非常重要的理论与实际意义。与传统的检测方法相比,超高频检测法可以选择在信噪比较高的频段进行测量,可以有效的避开干扰信号的影响,特别是近年来在GIS上成功应用以后,国内外专家开始尝试将这一方法拓展到电缆附件的局部放电在线监测技术上。本文针对电缆附件发生局部放电时所激发的高频电磁波进行传播特性仿真,为超高频传感器的设计提供理论支持。本文采用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS对110kV电缆中间接头进行建模和仿真,分析了局部放电产生的高频电磁波在电缆中间接头中的传播特性。仿真了局部放电所激发的不同频率的电磁波在电缆中间接头中的场分布图,并且模拟了不同频段的局放信号在电缆中间接头的传播特性。在国内首次实现了三维空间的电缆中间接头的局部放电电磁波传播特性的动态仿真。根据局部放电电磁波的传播特性仿真和分析,给出了用于110kV电缆中间接头在线监测的超高频传感器的设计要求。根据设计要求,对微带贴片天线和螺旋型天线进行选型和结构参数设计,并且利用HFSS仿真模拟了两种天线传感器的驻波比、方向图、增益等特征图谱,并对结构参数以及不同材料的介电常数对传感器性能的影响进行了研究,同时对这两种传感器进行特性分析,以期得到符合实际要求的超高频传感器。为进一步开展超高频传感器在电缆附件局部放电在线监测的研究和应用提供了理论支持。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 电力电缆的历史及应用发展  9-10
  1.2 电缆附件局部放电在线监测的意义  10-12
  1.3 电力电缆局部放电在线监测的研究现状  12-16
  1.4 论文的主要工作  16-17
第2章高压电缆附件结构及绝缘缺陷特征  17-25
  2.1 电缆及其附件的基本结构  17-21
    2.1.1 电力电缆的基本结构  17-18
    2.1.2 电缆附件的基本结构及分类  18-21
  2.2 电缆附件绝缘故障机理及绝缘缺陷特征  21-25
    2.2.1 电缆附件故障产生的机理  21
    2.2.2 故障产生的基本原因  21-22
    2.2.3 绝缘缺陷特征分析  22-25
第3章电磁波的传输特性及仿真算法  25-39
  3.1 导行波的分类及特点  25-29
    3.1.1 导行波的分类  25
    3.1.2 TEM波的传输特性  25-28
    3.1.3 TE波和TM波的特性  28-29
  3.2 同轴线中的主模TEM波的传输特性  29-31
  3.3 Ansoft HFSS的仿真算法  31-38
    3.3.1 有限元方法的基本原理  31-34
    3.3.2 三维时谐场有限元问题  34-36
    3.3.3 HFSS模型的求解设置  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 110kV电缆中间接头局放电磁波传播特性仿真  39-50
  4.1 110kV电缆中间接头的建模  39-40
  4.2 激励源的设置  40
    4.2.1 局部放电脉冲函数的设置  40
    4.2.2 激励源的添加  40
  4.3 电缆接头局放电磁波的传播特性  40-48
    4.3.1 不同频率下的电磁波传播特性  41-45
    4.3.2 局放源位置不同时的电磁波传播特性  45-48
  4.4 本章小结  48-50
第5章超高频传感器的设计及特性分析  50-60
  5.1 传感器的性能要求  50
  5.2 微带天线传感器的设计与分析  50-56
    5.2.1 微带贴片天线的结构和原理  51-52
    5.2.2 微带天线的特性参数  52-53
    5.2.3 微带天线的设计与分析  53-56
  5.3 螺旋天线传感器的设计与分析  56-59
    5.3.1 螺旋天线的几何结构  56-57
    5.3.2 平面螺旋天线的设计  57-58
    5.3.3 螺旋天线的特性仿真  58-59
  5.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)  68-69
附录B (攻读硕士学位期间参加的研究课题)  69

电缆附件局部放电监测超高频传感器电磁特性仿真及设计

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