超高频(Ultra High Frequency,UHF)法通过检测气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)内部局部放电激发的电磁波来实现GIS局部放电的在线监测。与传统的脉冲电流法、超声波法相比,UHF法由于具有抗干扰性强、灵敏度高等优点在现...
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超高频(Ultra High Frequency,UHF)法通过检测气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)内部局部放电激发的电磁波来实现GIS局部放电的在线监测。与传统的脉冲电流法、超声波法相比,UHF法由于具有抗干扰性强、灵敏度高等优点在现场GIS的局部放电在线监测中得到了广泛关注和应用。虽然UHF法在检测GIS局部放电上具有较强的优越性,但其在现场应用中仍面临传感器布置和UHF法标定的难题。为了解决上述难题,推进UHF法在现场中的应用,本文开展了GIS内部局放电磁波的激发与传播特性研究。通过对GIS内部局放电磁波的激发特性和电磁波经过GIS各结构部件时的传播规律进行研究分析,可为现场的UHF法标定和传感器的优化布置提供理论指导。论文主要工作如下:(1)研究了GIS直筒腔体内部的横电磁波、横电波和横磁波特性,并基于并矢格林函数对GIS内部局放电流脉冲激发的电磁波进行了理论计算,求解得到了局放电流脉冲在直筒腔体内部任意位置处激发的电磁波模式的径向电场表达式。基于该表达式,计算分析了局放电磁波在GIS直筒腔体内部的传播特性以及局放源参数、场点位置和腔体尺寸等因素的变化对局放电磁波的影响。(2)仿真分析了GIS直筒腔体内部局放电磁波的传播特性,并将仿真结果与并矢格林函数理论计算结果进行对比,验证了仿真参数和边界条件设置的正确性。保持正确的仿真条件设置不变,利用时域有限差分法仿真研究了局放电磁波经过GIS盆式绝缘子、L型拐角、T型分支、隔离开关和断路器结构时的传播特性,并对传播过程中的电磁波信号峰峰值和能量的衰减变化特性进行了分析。(3)在实验室内搭建了用于验证GIS局放电磁波传播特性的试验平台,利用该平台试验分析了局放电磁波传播经过GIS盆式绝缘子时的衰减变化特性,并结合相关文献的试验数据对局放电磁波经过盆式绝缘子、L型拐角和T型分支结构时的传播特性的仿真计算结果的正确性进行了验证。
对海洋矿产资源电磁特性进行分析时常用积分方程法,该方法的核心是并矢格林函数的计算。在并矢格林函数的计算过程中,需进行索末菲积分运算,但其高震荡性、慢衰减性会导致计算过程比较耗时,因此引入神经网络方法来加快并矢格林函数的计算速度具有重要的研究意义。本文提出了一种采用径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)计算平面分层介质中并矢格林函数的方法,并将其应用到海底硫化物矿的电磁特性研究中。文中基于传输线理论给出了平面分层介质中并矢格林函数的求解方法,通过研究平面分层介质中并矢格林函数的求解过程,确定了 RBFNN在求解平面分层介质中并矢格林函数时的网络结构,并采用正交最小二乘法(Orthogonal Least Square,OLS)对RBFNN进行训练,通过大量训练将模型的各参数与平面分层介质中并矢格林函数之间的非线性关系用线性关系表示出来,在后续平面分层介质中并矢格林函数的计算中,只需调用相应的线性关系则可对其进行快速计算。在数值仿真中,通过Swidinsky双半空间模型验证RBFNN算法求解并矢格林函数的有效性,结果表明,当各分量相对误差均控制在2%以内时,基于RBFNN求解方法比直接数值积分方法速度提高了14倍。最后将RBFNN算法应用到海底硫化物矿的电磁特性研究中,采用基于RBFNN算法与直接数值积分方法分别对海底硫化物矿的接收阵列呈线型分布、呈面型分布和呈空间分布时的电磁特性进行数值仿真。数值仿真结果表明,当各分量相对误差均控制在2%以内时,基于RBFNN求解方法比直接数值积分方法的速度分别提高了 21倍、23倍和31.8倍,即RBFNN算法比直接数值积分方法计算效率更高,为实际自然环境中海底硫化物矿的电磁勘探研究提供了一定的理论参考。
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