UHF信号传播特性机理的研究现状

开关柜局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强；当放电间隙的绝缘强度比较高时，击穿过程比较快，此时电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强。发生在开关柜中的局部放电脉冲非常符合上述理论。研究表明，该类放电脉冲可以辐射上升沿达到1-2ns、频率达到数GHz的高频电磁波，为一种横电磁波(TEM)。该电磁波的能量以固定的速度沿电磁波的传播方向流动。所以，通过耦合这种以TEM波形式传输的电磁信号，就可以检测到开关柜内部的局部放电，并进一步认识其绝缘状态。这种检测方法称作超高频检测方法。

开关柜绝缘结构中发生的局部放电信号可以看成是由一个点源所发出的，当电介质某处发生局部放电时，由放电产生的电磁扰动随时间变化，将会产生电磁波，它们遵循麦克斯韦的电磁场基本方程。局部放电产生的电磁波是以速度v沿着r方向传播的，它是时间与位置的函数，该电磁波的能量以速度v沿着：方向分布，即沿电磁波的传播方向流动。

基于超高频法的一些基本特点，在局部放电监测方面得到了广泛的重视和研究，GIS局部放电超高频在线监测更是得到了最早的应用和研究。国外方面，最早英国Strathclyde大学的Hampton和Pearson于20世纪80年代初就从事420kVGIS局部放电UHF监测系统的研究，并且开发了132kV局部放电监测系统，其超高频高频测量传感器置于GIS内部，有较高的灵敏度，也有利于抗外部干扰，是比较理想的监测方法。

在20世纪90年代，Judd利用了高采样率的数字设备重新对GIS内部的局部放电信号，进行了研究，发现实际放电脉冲宽度很窄，半峰宽度<70ps，上升时间目前<50ps，可见局部放电的测量带宽可能超过5GHz，所以Judd在GIS局部放电UHF监测中最先使用螺旋天线接收放电信号。Judd还对GIS内放电进行了机理研究，使用FDTD方法以及格林公式模拟计算GIS中局部放电信号的特性。通过仿真模拟与实验相结合的办法，很好的验证了模型的正确性，并且为实验结果的精度提供保证。

西安交大的邱毓昌、王建生、张超鸣等人对放电脉冲产生的电磁波在GIS同轴腔体的传播特性进行了理论分析和测量，他们认为电磁波成分中的TEM波为非色散波，在GIS内部传播时，一旦频率高于1000MHz之后，沿传播方向衰减很快；TE波、TM波具有各自的截止频率，只有当其频率成分高于截止频率时，才能在GIS腔体内传播，并且信号能量衰减很小。因此，他们认为在GIS内部的电磁波中TE波和TM波占主要成分。并且通过实验发现SF6内部放电的频率成分多在1GHz内，据此对内置天线进行了优化设计，在实验室内可以测量到1pC的放电量。