變壓器局域電力即時勘驗(yàn)程序的構(gòu)件研討剖析
發(fā)布時間：2013-08-21 新聞來源：一覽變壓器英才網(wǎng)
Hilbert分形天線仿真與優(yōu)化設(shè)計Hilbert分形天線體積小,，可作為內(nèi)置式超高頻天線通過變壓器放油閥置于變壓器內(nèi)部,，實(shí)現(xiàn)變壓器局部放電在線監(jiān)測。分別設(shè)計了2階和3階Hilbert分形天線，采用Ansoft電磁場仿真軟件,，計算Hilbert分形天線諧振頻率fr及其輸出阻抗Ro，并分析了分形天線外圍尺寸L,、分形天線階數(shù)n,、天線導(dǎo)體寬度b和饋電點(diǎn)對fr和Ro的影響。
Hilbert分形天線采用印制電路板制作,，電介質(zhì)板的介電常數(shù)和厚度由仿真優(yōu)化確定,。仿真設(shè)置電路板相對介電常數(shù)優(yōu)化范圍為3～5，板厚度為1～3mm,，分形天線頻帶范圍為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分形天線的fr和Ro隨天線L,、n和b變化的仿真計算結(jié)果,，最優(yōu)的電介質(zhì)板介電常數(shù)和厚度分別為4.4和1.6mm。由1可見,，fr隨L的增大而降低,；n的增加會導(dǎo)致fr降低；隨著b的增加,，fr會相應(yīng)提高,。
同時可以看出，增加n會引起Ro增加,，減小b會提高輸出電阻Ro,。對于采用中心饋電的Hilbert分形天線而言，很難通過調(diào)整天線參數(shù)使Ro接近50Ω,，不利于與50Ω傳輸電纜匹配,。
通過改變饋電點(diǎn)位置，可改變諧振頻率點(diǎn)天線的輸出阻抗,。2所示為L＝30mm,、b＝2mm的3階Hilbert分形天線分別在如2所示的5個饋電點(diǎn)饋電時，天線在諧振頻率點(diǎn)fr的輸出阻抗Ro的仿真結(jié)果,�,？梢钥闯觯琭r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(dāng)饋電點(diǎn)設(shè)計在點(diǎn)4（如2所示）時，天線Ro最接近于50Ω,。
模型試驗(yàn)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,。可見,，氣隙放電的分形天線實(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個頻率點(diǎn)能量相對較高,；沿面放電的分形天線實(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實(shí)測脈沖信號（c）能量集中在40MHz,，在120MHz和195MHz2個頻率點(diǎn)具有一定的能量,。
以上分析明，Hilbert分形天線對3種不同類型局部放電響應(yīng)信號的功率譜具有明顯的差別,，可用于區(qū)分不同類型的局部放電,，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(nèi)部故障類型奠定了基礎(chǔ),。
分形天線仿真與優(yōu)化設(shè)計Hilbert分形天線體積小，可作為內(nèi)置式超高頻天線通過變壓器放油閥置于變壓器內(nèi)部,，實(shí)現(xiàn)變壓器局部放電在線監(jiān)測,。分別設(shè)計了2階和3階Hilbert分形天線，采用Ansoft電磁場仿真軟件,，計算Hilbert分形天線諧振頻率fr及其輸出阻抗Ro，并分析了分形天線外圍尺寸L,、分形天線階數(shù)n,、天線導(dǎo)體寬度b和饋電點(diǎn)對fr和Ro的影響。
Hilbert分形天線采用印制電路板制作，電介質(zhì)板的介電常數(shù)和厚度由仿真優(yōu)化確定,。仿真設(shè)置電路板相對介電常數(shù)優(yōu)化范圍為3～5,，板厚度為1～3mm，分形天線頻帶范圍為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分形天線的fr和Ro隨天線L、n和b變化的仿真計算結(jié)果,，最優(yōu)的電介質(zhì)板介電常數(shù)和厚度分別為4.4和1.6mm,。由1可見，fr隨L的增大而降低,；n的增加會導(dǎo)致fr降低,；隨著b的增加，fr會相應(yīng)提高,。
同時可以看出,，增加n會引起Ro增加，減小b會提高輸出電阻Ro,。對于采用中心饋電的Hilbert分形天線而言,，很難通過調(diào)整天線參數(shù)使Ro接近50Ω，不利于與50Ω傳輸電纜匹配,。
通過改變饋電點(diǎn)位置,，可改變諧振頻率點(diǎn)天線的輸出阻抗。2所示為L＝30mm,、b＝2mm的3階Hilbert分形天線分別在如2所示的5個饋電點(diǎn)饋電時,，天線在諧振頻率點(diǎn)fr的輸出阻抗Ro的仿真結(jié)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(dāng)饋電點(diǎn)設(shè)計在點(diǎn)4（如2所示）時,，天線Ro最接近于50Ω。
模型試驗(yàn)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,�,？梢姡瑲庀斗烹姷姆中翁炀�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個頻率點(diǎn)能量相對較高,；沿面放電的分形天線實(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實(shí)測脈沖信號（c）能量集中在40MHz，在120MHz和195MHz2個頻率點(diǎn)具有一定的能量,。
以上分析明,，Hilbert分形天線對3種不同類型局部放電響應(yīng)信號的功率譜具有明顯的差別，可用于區(qū)分不同類型的局部放電,，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(nèi)部故障類型奠定了基礎(chǔ),。
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