基于扩展Debye模型的变压器油纸绝缘时域介质响应法分析

时域介质响应法是近年来备受关注的一种诊断变压器油纸绝缘的新方法,现已由实验室研究发展到对变压器的现场测量。变压器油纸绝缘系统的等效电路可用扩展Debye模型表示,笔者对1台50 kV.A变压器进行时域介质响应法测量,并运用最小二乘法对实验数据进行拟合,通过测量值与拟合值的相对平均误差来确定扩展Debye模型的n值,根据扩展Debye模型计算出了电气绝缘参数并与测量值进行了比较。研究结果表明,时域介质响应法能有效地评估变压器油纸绝缘的水份含量情况和绝缘状况。

各向异性介质中两种载流曲线极点的磁场

利用各向异性磁介质中毕奥 -萨伐尔定律的极坐标形式 ,求出用极坐标方程表示的载流蔓叶线和三叶玫瑰线在极点产生的磁场 .它为求解载流曲线在各向异性磁介质中的磁场提供范例 .

基于Debye模型分析变压器油纸绝缘频域介电谱特性研究

变压器的油纸绝缘系统可等效为Debye电路模型来模拟其复杂极化过程。基于Debye模型等值电路参数与油纸绝缘的频域介电特征量的关系式,利用测量的频域介电特征量建立辨识Debye等值电路参数的优化模型,通过粒子群优化算法辨识出Debye电路模型中的参数值。利用辨识出的电路参数值计算油纸绝缘系统的介质损耗值,并与测量值比较,其绝对误差在8%以内。研究结果表明,提出的辨识电路参数的方法能有效用于分析油纸绝缘的极化特性,为利用频域介电谱诊断变压器油纸绝缘状态提供新的研究思路。

孔隙介质热激活弛豫波动理论

利用流变模型描述饱和多孔岩石的粘弹耗散,获得修正了的Debye方程和它的实模量与虚模量。假定孔隙介质符合Debye方程和Cole-Cole分布,将描述热激活弛豫过程的Arrhenius关系与局部流体流动理论结合,取得衰减峰的峰值频率对应的峰值温度,并将此引入Debye模型的复模量,得到孔隙介质热激活弛豫波动理论模型。为此探讨了激活能对复模量随频率和温度的影响。利用模拟退火Monte Carlo算法以及信号处理中增益控制的思想对目标函数进行了改进,从而对模型参数进行了反演。以低频共振实验数据对该理论模型进行了检验,理论模型与实验结果吻合,为Biot理论模型的低频修正奠定了基础。

基于FDFD的色散介质传输特性分析

通过频域有限差分法与色散介质的频域表达式相结合,文章推导出二维TM波激励下的频域公式,设计了一种二维周期性孔阵列结构的Debye色散介质模型,并分析了入射角度、色散介质结构参数对透射特性的影响。结果表明,在一定范围内当入射角增大、孔半径增大及周期常数减小时,该色散介质均具有较好的透射特性。

折叠偶极子阵列无芯标签极点特性分析

标签极点提取的准确性受多种因素影响,以折叠偶极子阵列无芯标签为研究对象,开展无耗电介质材料(厚度、相对介电常数)对其极点分布的特性分析。仿真结果表明,随着介质厚度及其相对介电常数的增大,谐振极点的衰减因子及谐振频率将呈现变小的趋势,极点分布以类S型曲线向坐标原点靠近。

阻带有衰减极点的微波带通滤波器

研究了阻带有衰减极点的微波带通滤波器的设计方法。从理论上证明了中间谐振器上加载电容器能在阻带低端形成衰减极点,并推导出计算极点位置的关系式。设计了中心频率为945 MHz的5级带通滤波器,它是由5个介质同轴谐振器和1块介质基片构成,第3个谐振器上加载电容,在915MHz处形成衰减极点。用rε=38的微波介质材料制成了实物,滤波器插入损耗小于2.5dB,915MHz处衰减大于62dBc,测量结果与设计相吻合。该滤波器已用于通信系统中。

有耗色散介质中的FDTD方法

该文讨论了时域有限差分（FDTD）法在地下有耗色散介质中的应用。用数值模拟地下有耗色散目标的瞬态响应，并对结果进行了分析。从以上工作可看出该方法在有耗色散介质中是有效可行的。

超宽带冲激无线电引信地面回波仿真算法

超宽带冲激无线电引信系统设计过程中使用计算电磁学的方法研究地面对回波信号的影响,目前对超宽带冲激信号地面回波的计算多使用传统FDTD算法,其仿真步长受到稳定性条件的限制,计算量较大;基于ADI-FDTD(交替方向隐式-时域有限差分)算法,使用CPML(卷积完全匹配层)作为吸收边界,使用多极点Debye土壤模型描述地面电磁特性,提出一种多极点Debye介质中的CPML-ADI-FDTD方法;对不同湿度和粗糙度的地面回波进行仿真,结果表明所用的算法具有较高的精度和计算效率。

XLPE电缆绝缘老化的时频域介电特性

为了研究交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘老化的介电响应特征量,对XLPE电缆试品进行了加速水树老化,在老化的不同阶段开展了极化/去极化电流（PDC）试验,并对试验数据进行了分析;利用It-lnt曲线和扩展Debye模型,提取第3支路峰值时间τ3和介质损耗因数作为老化特征量,研究了时频域介电特征量与绝缘老化的关系。研究结果表明：XLPE电缆极化/去极化电流曲线受电缆长度的影响,无法直接反映电缆绝缘的实际状态;随着老化程度的增加,第3条支路的峰值不断向右移动,低频（0.001～0.5 Hz）下电缆的介质损耗因数曲线不断上移,这是由于老化使得水树界面不断扩张,陷阱深度增大,极化过程中的损耗也不断增大。因此,It-lnt曲线中的峰值时间常数τ3与低频下介质损耗因数可作为表征电缆绝缘老化程度的特征量。

基于时域介电法的变压器油纸绝缘老化特征参量分析

为提取表征油纸绝缘老化状态特征参量,将时域介电法更好地应用于油纸绝缘老化状态无损检测,在实验室条件下对不同老化程度的油纸绝缘试样进行极化去极化电流法(PDC)试验,并求得其等效模型参数;然后提出系统极点Pi作为油纸绝缘老化特征参量,并建立其与油纸绝缘老化状态关系;最后验证了系统极点用于评估油纸绝缘老化程度评估的可行性。研究结果表明:扩展Debye模型参数对油纸绝缘老化程度比较敏感,特别是时间参数大于1000 s的极化支路,其时间常数随着老化时间的增加而呈现递增规律;对于时间常数大于1000 s的极化支路,极点与绝缘纸聚合度之间存在指数函数关系,且极点值越小的极化支路,拟合优度越高;优化得到的系统相对极点P与聚合度之间存在更好的指数函数关系,且此参数不受变压器几何尺寸的影响。极点验证试验验证了系统极点应用于变压器老化状态评估的可行性。

超宽带信号地面回波仿真方法研究

研究地面的超宽带回波特性,能够为超宽带无线电系统设计提供仿真支持。为保证计算结果的可信性,需要考虑土壤的色散特性和地面起伏对回波的影响。目前在超宽带地面回波计算中所使用的FDTD(时域有限差分)算法计算量较大或者存在较大误差。使用卷积完全匹配层(CPML)作为吸收边界,多极点Debye模型描述土壤介质特性,在FDTD算法基础上推导出了多极点Debye介质的CPML-FDTD算法。对不同条件地面的回波进行了仿真计算,与未使用PML(完全匹配层)的FDTD算法计算结果进行比较分析,表明文中使用的算法结果正确且效率较高。

探地雷达高频电磁波在频散介质中的传播特征分析

利用数值模拟准确分析探地雷达(GPR)高频电磁波在频散介质中的传播特征,对提高实测数据的解译水平具有重要意义.本文采用基于时域有限差分法的GprMax 3.0软件模拟背景介质为Debye频散介质的典型层状和空洞GPR模型,并与其非频散介质模型的模拟结果进行对比,以分析介质频散对GPR高频电磁波传播的影响.层状模型的时域波形、频谱曲线、速度谱、时频分析等计算结果对比表明:与非频散介质中的传播相比,高频电磁波在频散介质中传播时能量衰减更快、高频成分比低频成分衰减更强、传播速度降低、目标体的反射波和绕射波走时更长;且偏移距越大,能量衰减越强、主频越低、带宽越窄;驰豫时间越长,能量衰减越强、初至时间越短、主频越低、分辨率越差;发射源中心频率越高,能量衰减越强,带宽越窄,分辨率越低,传播速度越大,介质频散效应越严重.空洞模型的模拟剖面和不同时刻的波场快照对比分析可知:相比非频散介质,频散介质中的GPR探测分辨率和探测深度降低,严重影响目标体的探测效果.上述研究成果有助于人们更好地理解高频电磁波在频散介质中传播特征,为GPR工程检测的应用和研究提供科学参考.