摘 要

气体绝缘变电站（Gas Insulated Station，简称GIS）与传统的高压变电站相比具有结构紧凑、占地面积小、运行可靠性高、检修周期长等突出优点，因此广泛应用于高压输电系统中。GIS作为电力系统运行中的重要设备，一旦发生故障，将破坏电力系统正常运行，给国民经济生产和社会正常秩序造成不良影响。因此保证运行可靠性至关重要。GIS设备内部可能存在的绝缘缺陷所产生的局部放电(Partial Discharge，简称PD)可使运行中的GIS发生绝缘故障，从而影响设备的可靠与稳定运行。因此，对GIS变电站中局部放电的研究就极为重要。本文针对GIS变电站中的局部放电，开展了以下工作：

1. 对GIS局部放电原理和研究方法进行了深入的研究，研究分析了四种典型缺陷对GIS局部放电产生的影响，对四种GIS局部放电检测方法进行了对比分析。
2. 对GIS局部放电电磁波传播特性仿真研究，利用时域有限差分法法仿真计算，将两个探针分别放置在盆式绝缘子的两侧，对比前后两个探针的场强信号，以此研究了盆式绝缘子泄露的GIS局部放电电磁波的电磁特性。
3. 建立了GIS外壳的电磁辐射模型，对GIS外壳的电磁场进行了计算，并且利用MATLAB软件对GIS外壳电磁场进行仿真搭建。

关键词：气体绝缘变电站，局部放电，时域有限差分，电磁兼容

Abstract

Compared with traditional high-voltage power distribution apparatus,GIS(Gas Insulated Station)has the advantages of compact structure,easy maintenance,and reliable operation,thus widely used in high-voltage transmission system.As an important apparatus in the power system its failure will undermine the normal operation of the power system and have a bad effect on national economy and society.Therefore,it is essential to ensure the operational reliability of GIS.GIS would be some insulation defects inside, the insulation fault would be generated by its partial discharge(PD),thus affecting the safe and reliable operation,so the power equipment insulation condition detection is very meaningful.In this paper, for the partial discharge in GIS substation, the following work is carried out.

1. This paper studies the principle of GIS partial discharge and the research method.I analyzed the influence of four typical defects on the partial discharge of GIS, and compared the four kinds of GIS partial discharge detection methods.
2. This paper studies the propagation characteristics of electromagnetic wave propagation in GIS partial discharge.I use the

FDTD method to simulate the calculation, the two probes were placed on both sides of support spacer, comparison of the two front and rear probe field strength signal,in order to study support spacer leaked GIS partial discharge electromagnetic wave Of the electromagnetic properties.

3.In this paper, the electromagnetic radiation model of GIS shell is established.I calculated the electromagnetic field of GIS shell, and used MATLAB software to simulate the electromagnetic field of GIS shell.

Keywords: Gas Insulated Station, Partial Discharge, FDTD, Electromagnetic Compatibility

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究情况 3

1.2.1局部放电检测技术国内外研究情况 3

1.2.2电磁兼容国内外研究情况 4

1.3本文研究内容 5

第2章 局部放电的基础理论 6

2.1 GIS局部放电产生的机理 6

2.2 GIS局部放电典型缺陷分析 7

2.3 GIS局部放电的检测方法 9

2.3.1 脉冲电流法 9

2.3.2化学检测法 9

2.3.3超声波法 10

2.3.4特高频法 10

2.3.5各种检测方法比较分析 11

2.4 本章小结 12

第3章GIS局部放电电磁波传播特性仿真研究 13

3.1 GIS局部放电电磁波传播的理论分析 13

3.2 时域有限差分法的原理 15

3.3 GIS局部放电电磁波传播的仿真计算 16

3.3.1 GIS模型的设置 16

3.3.2 局部放电激励源的设置 17

3.3.3 仿真结果分析 18

3.4 本章小结 19

第4章 GIS外壳电磁辐射模型 20

4.1 GIS外壳电磁辐射模型建立意义 20

4.2 GIS外壳电磁场计算 21

4.3 利用MATLAB搭建GIS外壳电磁辐射模型 23

4.4 本章小结 25

第5章 结论 26

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

随着我国电力系统的迅猛发展，现代电力正朝着大电网、高电压、大容量方向发展，这无疑对电力设备的安全可靠提出了更高的要求^[1]。气体绝缘变电站(Gas Insulated Station，简称GIS)是将断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，部分母线，套管和避雷器等电器元件组合到一起，并使用金属外壳将这些电器密闭在其中，再充以SF₆气体作为绝缘介质的新型电气装置。GIS设备具有不受环境干扰、运行方便可靠、维护简单、检修周期长、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点^[2]。因此，近年来许多重要的大型电站大规模地普遍使用GIS设备。总的来说，GIS变电站有如下优点：

1. GIS设备的运用极大地减小了变电站的占地面积和空间体积。由于绝缘所需的元件空间距离大为减少，通常电气设备的占地面积和绝缘距离成平方关系，其所占的空间体积和绝缘距离成立方关系^[3]。随着电压等级的增大，GIS通过减小绝缘距离能够对减小占地面积和空间体积产生更大的意义。这为人口密集地区、大城市的变电站建设和城市电网的升级改造提供了积极条件，还为建设地下变电站提供了条件。
2. GIS设备更加安全高效。GIS的绝缘介质是SF₆气体，具有优异的绝缘特性和灭弧特性。因此，以SF₆气体为绝缘介质的GIS设备运行安全可靠，维护简单，检修周期长，给变电站减少工作人员值班甚至无人值班提供了条件，从而达到减员增效的目的。
3. GIS设备更加环保，更符合科学发展观。GIS由于将电器元件密闭在金属外壳中，受污染、潮湿等环境影响很小，而且因为导电部分被金属外壳所屏蔽且接地良好，所以导电体所产生电场干扰、辐射都被外壳屏蔽，降低了对外部环境的影响。于常规设备相比，GIS更加环保，更符合现代城市要求。

GIS设备作为电力系统运行中的重要设备，一旦发生故障，将破坏电力系统正常运行，给国民经济生产和社会正常秩序造成不良影响，因此保证GIS运行的可靠性至关重要^[3-5]。

现阶段对于电力设备通常采用预防性维修制度来检修，一般是根据《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-1996）处理，但是因为大多是在停电情况下进行，会存在下面的问题^[6]：

1. 需要停电检修，测试周期长。但是GIS作为重要电力设备轻易不能停电。
2. 无法对运行的电力设备进行跟踪测试，就不能及时发现内部故障隐患。
3. 定期的检修有时候是不必要的，浪费人力物力。
4. 停电后的设备状态与运行过程中的状态很多情况下是不同的，所以预防性试验合格不能保证运行中依然没有问题。