CN102749563B - 局部放电超高频检测小环天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于局部放电超高频检测的小环天线，局部放电检测小环天线，包括电介质层、导线层、匹配电阻和馈电端，所述导线均匀缠绕于磁芯表面，所述馈电端并联有匹配电阻，并采用同轴馈电方式馈电。本发明的小环天线方向性好、频带宽、驻波比小、便于阻抗匹配，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。

Description

局部放电超高频检测小环天线
技术领域
本发明涉及天线设计领域，特别涉及一种采用环形天线原理设计的局部放电超高频检测小环天线。
背景技术
变压器是电力系统中最关键的设备之一，它的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可能完全避免，且引发故障和事故又出于众多方面的原因。在变压器故障中，绝缘故障占有很高的比重，而在发生绝缘故障前会产生局部放电现象，所以，通过变压器局部放电的在线监测，可及时发现变压器内部的潜伏性故障，避免发生突发性的绝缘故障，有利于电力系统的安全运行。
由于局部放电的检测和评价是变压器绝缘状况监测的重要手段。因此，无论是研究机构、制造厂商，还是电力系统运行部门，都非常关心局部放电检测技术的发展。
目前，我国110kV及以上大型变压器大多采用油浸式变压器，对于此种变压器，油中局部放电是造成变压器绝缘故障的主要因素，油中局部放电会产生纳秒级的电流脉冲，激发频率可以达到上GHz的电磁波。鉴于此种特点，科技人员研究出超高频法来进行相关监测，该法是通过检测伴随局部放电点产生的、频率为200MHz～3000MHz的电磁波来判断局部放电的方法，由于其具有抗干扰能力强、灵敏度高的特点，近年来已经成为了变压器局部放电检测中的重要方法。
变压器局部放电在线监测超高频监测法的关键技术之一是超高频天线，其性能的好坏直接影响局部放电信号的提取与后期处理。目前普遍用于变压器局部放电在线监测超高频检测的天线主要有阿基米德双臂平面螺旋天线、圆锥天线和偶极子天线等，实际应用经验表明：现有天线的检测频带较窄，损失了较多的局部放电信息；输出阻抗较低，不利于与信号传输线路形成良好的阻抗匹配；方向角较窄，不利于接收微弱的局部放电信号。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种局部放电超高频检测小环天线，针对现有天线检测频带较窄、输出阻抗较低、方向角较窄的缺点，公开了一种局部放电超高频检测小环天线，其方向性好、频带宽、驻波比小、便于阻抗匹配，能够满足变压器局部放电在线监测超高频检测的要求。
本发明的目的是这些实现的：
本发明提供的一种局部放电超高频检测小环天线，包括导线层和电介质层，所述导线层为设置于电介质层表面的一段连续导线，所述导线沿电介质层横截面呈螺旋状均匀缠绕。
进一步，所述电介质层横截面为圆形面。
进一步，还包括电缆BNC接头和匹配电阻，所述导线层首末端分别连接于电缆BNC接头的芯线和地线，所述导线层首末端之间并联有匹配电阻。
进一步，所述导线层的半径取值范围为0.5～2mm，所述导线缠绕匝数取值范围为1～20匝；所述电介质层的直径取值范围为20～50mm，长度取值范围为5～20cm。
进一步，所述导线层为铜导线；所述电介质层为锰锌磁芯，其磁导率为2000。
进一步，所述匹配电阻为51欧姆。
进一步，所述导线层的半径为0.5mm，所述导线层的缠绕匝数为10；所述电介质层的直径为38mm，长度为10cm。
本发明的有益效果是：本发明提供的局部放电超高频检测小环天线，其周长小于所发射信号波长的1/10。理论和试验表明，辐射场与环的面积、匝数和环上的电流成正比，与工作波长的平方和距离成反比，与环的形状关系不大。但小环天线的辐射效率很低，通常用作接收天线。因此，小环天线作为接收天线可以到达变压器局部放电的监测小尺寸等要求。
本发明的局部放电超高频检测小环天线还具有以下有点：
1.100MHz～700MHz之间具有平坦的频率特性，检测频带较宽，检测频带内驻波比小于5，能够记录局部放电的大部分信息，不会造成遗漏情形；
2.具有50欧姆的输出阻抗，易于与信号传输线路形成阻抗匹配；
3.具有较高的增益，有利于接收在变压器油箱发生复杂折反射的局部放电信号，尤其对微弱信号具有高灵敏性。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的小环天线的结构示意图；
图2为导线半径为0.5mm，缠绕匝数为10；磁芯直径为38mm，长度为10cm时小环天线实测驻波图；
图3为实验室局部放电超高频检测试验平台示意图；
图4为实验室3种典型的绝缘缺陷模型；
图5为本发明的小环天线检测到的三种不同缺陷局部放电放电信号及其频谱。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为本发明的小环天线的结构示意图，如图所示：本发明实施例提供的一种局部放电超高频检测小环天线，包括导线层1、电介质层2、电缆BNC接头4和匹配电阻3，所述导线层1为设置于电介质层2表面的一段连续导线，所述导线沿电介质层横截面呈螺旋状均匀缠绕。所述电介质层2横截面为圆形面，所述导线层1首末端分别连接于电缆BNC接头4的芯线和地线，所述导线层1首末端之间并联有匹配电阻3。所述小环天线采用同轴馈电方式馈电。
所述导线层1的半径取值范围为0.5～2mm，所述导线缠绕匝数取值范围为1～20匝；所述电介质层2的直径取值范围为20～50mm，长度取值范围为5～20cm。所述导线层1为铜导线；所述电介质层2为锰锌磁芯，其磁导率为2000。所述匹配电阻3为51欧姆。所述导线层1的半径为0.5mm，所述导线层1的缠绕匝数为10；所述电介质层2的直径为38mm，长度为10cm。
本实施例中，导线层1为铜线；电介质层2采用锰锌磁芯，其磁导率为2000；匹配电阻为51欧姆。
本实施例中，导线半径为0.5mm，缠绕匝数为10；磁芯直径为38mm，长度为10cm。
图2为导线半径为0.5mm，缠绕匝数为10；磁芯直径为38mm，长度为10cm时小环天线实测驻波图。通过图2可以看出，小环天线谐振频率为200MHz，在大约100MHz～700MHz之间具有平坦的频率特性。可见小环天线具有良好的频率特性，满足变压器局部放电在线监测系统对超高频天线小型化设计的要求。
本发明的小环天线检测频带较宽，检测频带内驻波比小于5，具有高灵敏度的特性，非常适合局部放电超高频的检测，能够记录大部分的局部放电信息，即使信号微弱，也能完整记录。
图3为实验室局部放电超高频检测试验平台示意图，如图3所示，实验室用于变压器局部放电超高频检测的试验平台，检测装置包括了本发明的小环天线5、示波器6和局部放电发生装置，其中，小环天线5的馈电端通过同轴射频电缆与示波器6的信号输入端相联。
图4为实验室用于模拟局部放电的3种典型的绝缘缺陷模型，图4a为气隙模型，其中，铜棒41通过球电极42设置于纸板43上，该纸板43另一端面设置于圆板电极45上，图4b为沿面模型，其中的电极为柱电极44，图4c为电晕模型。图中的电极为针电极46。
图5为本发明的小环天线检测到的3种不同缺陷模型的放电信号及其频谱，图5a-1、b-1为气隙放电时域信号及其频谱，图5a-2、b-2为沿面放电时域信号及其频谱，图5a-3、b-3为电晕放电时域信号及其频谱。从图中可以看出：小环天线实测三种放电模型的频率分布都集中在250MHz～400MHz以及400MHz～750MHz这两个频段，其中第一个频段内的能量要大于第二个频段。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.局部放电超高频检测小环天线，包括导线层(1)和电介质层(2)，其特征在于：所述导线层(1)为设置于电介质层(2)表面的一段连续导线，所述导线沿电介质层横截面呈螺旋状均匀缠绕；
所述导线层(1)为铜导线；所述电介质层(2)为锰锌磁芯，其磁导率为2000；所述导线层(1)首末端之间并联有匹配电阻(3)，所述匹配电阻(3)为51欧姆；
所述导线层(1)的半径为0.5mm，所述导线层(1)的缠绕匝数为10；所述电介质层(2)的直径为38mm，长度为10cm；
该小环天线在100MHz～200MHz之间具有平坦的频率特性，其检测频带内驻波比小于5。
2.根据权利要求1所述的局部放电超高频检测小环天线，其特征在于：所述电介质层(2)横截面为圆形面。
3.根据权利要求2所述的局部放电超高频检测小环天线，其特征在于：还包括电缆BNC接头(4)，所述导线层(1)首末端分别连接于电缆BNC接头(4)的芯线和地线。
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