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局部放电是导致变压器绝缘过早失效的主要因素，也是变压器绝缘老化及劣化的标志，对变压器局部放电在线监测的研究具有重要的学术意义与应用价值。换流变压器阀侧绕组主绝缘不仅要承受交流和直流电压的作用，还要承受重复性的暂态电压作用。一方面，这种暂态电压会加速降低绕组绝缘强度，引发、甚至加剧局部放电，最终导致换流变压器的运行出现故障；另一方面，这种暂态电压会对脉冲电流传感器造成干扰，降低脉冲电流法的监测灵敏度。超高频监测突出的优点是抗干扰能力强，能有效避开暂态电压造成的干扰。然而，将超高频法应用于换流变压器局部放电监测仍需在超高频电磁波传播特性、传感器技术、超高频信号实时采集技术和复合电压下局部放电特性研究等方面开展深入研究。为此，本文结合电磁场仿真技术、微波与天线理论和信号处理技术，开展了换流变压器局部放电超高频信号传播特性和超高频监测传感器的研究。论文包括以下主要内容：①采用时域有限差分法建立了500kV单相换流变压器物理模型，分析了内部组件对超高频电磁波信号幅值、传播时间、频谱及识别特征的影响；对比了放电发生在不同位置时两侧箱壁上电场分布的特点；研究了网侧和阀侧套管泄露超高频电磁波信号的能力，及其对超高频电磁波信号频谱、识别特征的影响。②在传统Hilbert分形辐射臂上增加寄生臂条，设计了多臂Hilbert分形天线；然后引入层叠式贴片结构，设计了层叠式多臂Hilbert分形天线。通过仿真分析了寄生臂宽度及其与主辐射臂的间距、基底厚度等参数对天线性能的影响，选取了合适的天线几何参数。采用层叠式多臂Hilbert分形天线作为阵元组成了2×2元阵列天线，设计了Wilkinson一分四功分器作为馈电网络。设计了超高频放电信号混频处理系统，该系统能将中心频率在300~1000MHz频带内、带宽为20MHz、40MHz、80MHz或160MHz信号频率降至DC~10MHz、DC~20MHz、DC~40MHz或DC~80MHz频率范围。③搭建了脉动直流电压下局部放电试验平台，设计了四种典型换流变压器主绝缘缺陷模型。将本文设计的超高频天线和超高频放电信号混频系统应用于局部放电测量，检验了超高频天线和混频系统局部放电检测性能，并提取了脉动直流电压下四种典型绝缘缺陷局部放电超高频脉冲信号频谱和放电特征图谱。