CN103176112A - 气体绝缘组合电器局部放电在线检测内置超高频传感器 - Google Patents

Abstract

一种气体绝缘组合电器局部放电在线检测内置超高频传感器，属于电气设备内部局部放电在线监测技术领域。本发明主要由背板、传感器密封罩、天线承载支柱、螺旋微带天线、信号传输电缆等组成。本发明结构简单，拆卸方便，能实时在线监测GIS内部的局部放电，抗干扰能力强，灵敏度高，检测精度高，体积小，能确保GIS的安全稳定运行。本发明能广泛应用于电气设备内部局部放电的在线检测，特别适用于GIS内部局部放电的在线监测。

Description

气体绝缘组合电器局部放电在线检测内置超高频传感器

技术领域

本发明属于电气设备内部局部放电在线监测技术领域，具体涉及一种应用于气体绝缘组合电器内部局部放电在线检测的超高频传感器的结构。

背景技术

气体绝缘组合电器(简称GIS)具有结构紧凑、占地面积小、运行安全可靠、维护工作量小、检修周期长等优点，在电力系统的发电厂及变电站中得到广泛应用。但是在GIS中因各种原因所产生的缺陷会逐步扩展，在强电场的作用下将引起局部放电(简称PD)，并激发频率高达数千兆赫兹（GHz）的电磁波。GIS内部的局部放电持续发展会造成绝缘击穿故障，导致停电事故，给国民经济造成严重损失。GIS是良好的波导体，故电磁波能够在GIS内部传播，通过检测电磁波信号可发现内部早期的绝缘缺陷。对运行中的GIS进行在线监测，及时发现其内部的局部放电，是保证电力系统的安全运行、提高供电可靠性的重要手段之一。由于局部放电强度很弱，并且周围存在着强烈的电晕、窄带干扰、白噪声等干扰，使得局部放电信号往往被强烈的电磁干扰所淹没，所以在气体绝缘组合电器内部局部放电的在线检测中，传感器至关重要。

现有GIS内部局部放电在线检测的超高频传感器，如2012年7月4日公布的公布号为“CN102540033A”的“用于GIS局部放电超高频检测的内置传感器”专利，公开的传感器包含微带天线和短路销钉。其特征是：微带天线包含金属贴片、介质层、金属底板及馈电杆；微带天线的金属贴片、介质层、馈电杆与数颗短路销钉经整体浇铸加工成一体后，通过O型安装圈固接在微带天线的金属底板上，该传感器的主要缺点是：

1．GIS高压金属导电杆和微带天线、微带天线和金属底板之间易形成电容分压，易耦合到工频信号或者过电压信号，造成误判。

2．其微带天线与金属贴片、介质层等整体浇铸，无法进行拆卸，对传感器故障检测、检修造成不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有GIS内部局部放电在线检测超高频传感器的不足之处，提供一种气体绝缘组合电器局部放电在线检测内置超高频传感器，能有效的检测GIS局部放电信号，能在线实时准确地对GIS内部局部放电缺陷进行检测；具有结构简单，拆卸检修方便，抗干扰能力强等特点；能够及时发现GIS的内部绝缘缺陷，保证电力系统的安全运行，提高系统供电的可靠性。

实现本发明目的的技术方案是：一种气体绝缘组合电器局部放电在线检测内置超高频传感器主要由背板、传感器密封罩、天线承载支柱、螺旋微带天线、信号传输电缆等组成。其特征是：

所述背板的材料为硬铝或铝合金。所述背板为外径250-500mm，厚度45-90mm的圆盘形。在所述背板的圆心处，设置一个孔径为10-20mm的通孔（即信号传输电缆置入孔），以便所述的信号传输电缆穿过。在所述背板的圆周边缘处，均匀设置8~10个孔径为15~30mm的螺孔（即背板固定孔），所述背板通过所述的8~10个背板固定孔和螺栓固接在被检测的GIS的法兰上。在所述背板的圆盘上，在对应于所述传感器密封罩上安装孔处均匀设置6~8个孔径为10~20mm的螺孔（即传感器密封罩安装孔）。在所述传感器密封罩安装孔的内侧，设置一槽深3~10mm，槽宽3~10mm，槽外径110~220mm的内凹槽，用以放置橡胶密封圈。在所述内凹槽的内侧，所述信号传输电缆置入孔的外侧，设置4~6个孔径为10~20mm的螺孔（即天线承载支柱安装孔），用以安装天线承载支柱。

所述传感器密封罩的材料为环氧树脂或工程塑料。所述传感器密封罩为外径110~220mm，厚度3~10mm，高度50~100mm，顶部密封，下端开口的中空的圆柱形。所述传感器密封罩通过螺栓和所述传感器密封罩安装孔固接在所述背板上。同时在所述内凹槽内放置橡胶密封圈，用以密封所述传感器密封罩，保证所述传感器密封罩内部的元器件不和GIS中绝缘气体接触，避免元器件被SF6气体的分解组分腐蚀。

所述天线承载支柱的材料为环氧树脂或工程塑料。所述天线承载支柱为外径70~140mm，高度，厚度3~5mm，高度40~80mm，下端开口的圆柱形。所述天线承载支柱顶部设有孔径为5~10mm的通孔（即信号传输电缆置入孔），供所述信号传输电缆穿过。所述天线承载支柱通过螺栓和所述天线承载支柱安装孔固接在所述背板上，起到固定所述螺旋微带天线并对所述螺旋微带天线有天线加载的作用。

所述螺旋微带天线的材料为纯铜或铜镀金。所述螺旋微带天线直接通过印刷电路板蚀刻而成，所述螺旋微带天线呈以圆心为对称点的中心对称，外径100mm~150mm的阿基米德螺旋。在所述螺旋微带天线的中心处设置有两个馈电点，与所述信号传输电缆连接。所述螺旋微带天线的工作频带为：500~2000MHz，具有体积小，灵敏度高，抗干扰能力强等优点。

所述信号传输电缆为市购的高频同轴电缆，其平均特性阻抗为50Ω。在两个所述的馈电点上分别焊接一根。所述信号传输电缆通过所述背板中央的所述信号传输电缆置入孔，穿过所述天线承载支柱，与数据处理装置的输入端连接，所述螺旋微带天线接收到的信号传输到后续数据处理装置。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

（1）本发明结构简单，拆卸方便，能够很方便地将超高频传感器安装于GIS内部，能实时在线监测GIS内部局部放电情况，有效预防GIS事故的发生，避免电力系统停电事故；

（2）本发明通过内置传感器装置，增强了传感器的灵敏度，抗干扰能力强，检测精度高，进一步预防GIS事故的发生，避免电力系统停电事故的发生，确保电力系统的安全可靠运行；

（3）本发明传感器部分体积小，基本不会影响GIS内部电场分布，不会影响到GIS自身及其他检测装置的运行，确保电力系统安全运行；

（4）由于未形成耦合电容，所述螺旋微带天线和所述背板之间不易形成电容分压，进一步确保GIS的安全、稳定运行。

故本发明可以广泛的应用于电气设备内部绝缘局部放电的在线检测，特别适用于气体绝缘组合电器（GIS）内部局部放电在线监测领域，能有效的对GIS内部的局部放电进行在线监测，及时发现GIS内部的绝缘故障或缺陷并对GIS内部的绝缘情况进行在线评估，以避免停电事故的发生，对电力系统供电的安全可靠性具有重要意义。

附图说明

图1为内置超高频传感器的结构示意图；

图2为背板结构示意图；

图3为螺旋微带天线布置示意图。

图中：1 传感器密封罩；2 天线承载支柱；3 螺旋微带天线；4 信号传输电缆；5 背板；6 背板固定孔；7 传感器密封罩安装孔；8 内凹槽；9 天线承载支柱安装孔；10 信号传输电缆置入孔；11 馈电点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

实施例1：

一种气体绝缘组合电器局部放电在线监测内置超高频传感器主要由背板5，传感器密封罩1，天线承载支柱2，螺旋微带天线3，信号传输电缆4等组成。其特征是：

所述背板5的材料为硬铝。所述背板5为外径500mm，厚度90mm的圆盘形。在所述背板5的圆心处，设置一个孔径为20mm的通孔（即信号传输电缆置入孔10），以便所述的信号传输电缆4穿过。在所述背板5的圆周边缘处，均匀设置10个孔径为30mm的螺孔（即背板固定孔6），所述背板5通过所述的10个背板固定孔6和螺栓固接在被检测的GIS的法兰上。在所述背板5的圆盘上，在对应于所述传感器密封罩1上安装孔处均匀设置8个孔径为20mm的螺孔（即传感器密封罩安装孔7）。在所述背板5的圆盘上，所述传感器密封罩安装孔7的内侧，设置一槽深10mm，槽宽10mm，槽外径220mm的内凹槽8，用以放置橡胶密封圈。在所述背板5的圆盘上，所述内凹槽8的内侧，所述信号传输电缆置入孔10的外侧，设置6个孔径为20mm的螺孔（即天线承载支柱安装孔9），用以所述安装天线承载支柱2。

所述传感器密封罩1的材料为环氧树脂。所述传感器密封罩1为外径220mm，厚度10mm，高度100mm，顶部密封，下端开口的中空的圆柱形。所述传感器密封罩1通过螺栓和所述传感器密封罩安装孔7固接在所述背板5上。同时在所述内凹槽8内放置橡胶密封圈，用以密封所述传感器密封罩1，保证所述传感器密封罩1内部的元器件不和GIS中绝缘气体接触，避免元器件被SF₆气体的分解组分腐蚀。

所述天线承载支柱2的材料为环氧树脂。所述天线承载支柱2为外径140mm，高度，厚度5mm，高度80mm，下端开口的圆柱形。所述天线承载支柱2顶部设有孔径为10mm的通孔（即信号传输电缆置入孔10），供所述信号传输电缆4穿过。所述天线承载支柱2通过螺栓和所述天线承载支柱安装孔9固接在所述背板5上，起到固定所述螺旋微带天线3并对所述螺旋微带天线3有天线加载的作用。

所述螺旋微带天线3的材料为纯铜。所述螺旋微带天线3直接通过印刷电路板蚀刻而成，所述螺旋微带天线呈以圆心为对称点的中心对称，外径150mm的阿基米德螺旋。在所述螺旋微带天线3的中心处设置有两个馈电点11，与所述信号传输电缆4连接。所述螺旋微带天线3的工作频带为：500~2000MHz，具有体积小，灵敏度高，抗干扰能力强等优点。

所述信号传输电缆4为市购的高频同轴电缆，其平均特性阻抗为50Ω。在两个所述的馈电点11上分别焊接一根。所述信号传输电缆4通过所述背板5中央的所述信号传输电缆置入孔10，穿过所述天线承载支柱，与数据处理装置的输入端连接，所述螺旋微带天线接收到的信号传输到后续数据处理装置。

实施例2

一种气体绝缘组合电器局部放电在线监测内置超高频传感器，同实施例1，其中：

所述背板5的材料为铝合金。所述背板5为外径250mm，厚度45mm的圆盘形。在所述背板5的圆心处，设置一个孔径为10mm的通孔（即信号传输电缆置入孔10），以便所述的信号传输电缆4穿过。在所述背板5的圆周边缘处，均匀设置8个孔径为15mm的螺孔（即背板固定孔6），所述背板5通过所述的8个背板固定孔6和螺栓固接在被检测的GIS的法兰上。在所述的背板5的圆盘上，在对应于所述传感器密封罩1上安装孔处均匀设置6个孔径为10mm的螺孔（即传感器密封罩安装孔7）。在所述传感器密封罩安装孔7的内侧，设置一槽深3mm，槽宽3mm，槽外径110mm的内凹槽8，用以放置橡胶密封圈。在所述内凹槽8的内侧，所述信号传输电缆置入孔10的外侧，，设置4个孔径为10mm的螺孔（即天线承载支柱安装孔9），用以安装所述天线承载支柱2.

所述传感器密封罩1的材料为工程塑料。所述传感器密封罩1的外径为110mm，厚度为3mm，高度为50mm。

所述天线承载支柱2的材料为工程塑料。所述天线承载支柱2的外径为70mm，厚度为3mm，高度为40mm。所述天线承载支柱2顶部设有孔径为5mm的通孔，供所述信号传输电缆4穿过。

所述螺旋微带天线3的材料为铜镀金。所述螺旋微带天线3的阿基米德螺旋外径为100mm。

实施例3

一种气体绝缘组合电器局部放电在线监测内置超高频传感器，同实施例1，其中：

所述背板5为外径375mm，厚度60mm的圆盘形。在所述背板5的圆心处，设置一个孔径为15mm的通孔。在所述背板5的圆周边缘处，均匀设置9个孔径为20mm的螺孔。在所述的背板5的圆盘上，在对应于所述传感器密封罩1上安装孔处均匀设置7个孔径为15mm的螺孔（即传感器密封罩安装孔7）。在所述传感器密封罩安装孔7的内侧，设置一槽深6mm，槽宽6mm，槽外径165mm的内凹槽8，用以放置橡胶密封圈。在所述内凹槽8的内侧，所述信号传输电缆置入孔10的外侧，，设置4个孔径为15mm的螺孔用以安装所述天线承载支柱2。

所述传感器密封罩1的外径为165mm，厚度为6mm，高度为75mm。

所述天线承载支柱2的外径为105mm，厚度为6mm，高度为60mm。所述天线承载支柱2顶部设有孔径为7mm的通孔，供所述信号传输电缆4穿过。

所述螺旋微带天线3的阿基米德螺旋外径为125mm。

Claims (2)

1.一种气体绝缘组合电器局部放电在线检测内置超高频传感器，其特征在于所述传感器主要由背板（5）、传感器密封罩（1）、天线承载支柱（2）、螺旋微带天线（3）、信号传输电缆（4）组成；

所述背板（5）的材料为硬铝或铝合金，所述背板（5）的外径为250-500mm、厚度45-90mm的圆盘形，在所述圆盘形背板（5） 的圆心处，设置一个孔径为10-20mm的通孔，在所述背板（5）的圆周边缘处，均匀设置8-10个孔径为15-30mm的螺孔，所述背板（5）通过所述的8-10个背板固定孔（6）和螺栓固接在被检测的GIS法兰上，在对应于所述传感器密封罩（1）上安装孔处均匀设置6-8个孔径为10-20mm的螺孔，在所述背板（5）的圆盘上，所述传感器密封罩安装孔（7）的内侧，设置一槽深3-10mm、槽宽3-10mm、槽外径110-220mm的内凹槽（8），在所述内凹槽（8）的内侧的所述信号传输电缆置入孔（4）的外侧，设置4-6个孔径为10-20mm的螺孔；

所述传感器密封罩（1）的材料为环氧树脂或工程塑料，所述传感器密封罩（1）为外径110-220mm、厚度3-10mm、高度50-100mm、顶部密封、下端开口的中空的圆柱形，所述传感器密封罩（1）通过螺栓和所述传感器密封罩安装孔（7）固接在所述背板（5）上，同时在所述的内凹槽（8）内放置橡胶密封圈；

所述天线承载支柱（2）的材料为环氧树脂或工程塑料，所述天线承载支柱（2）为外径70-140mm、厚度3-5mm、高度40-80mm、下端开口的圆柱形，所述天线承载支柱（2）顶部设有孔径为5-10mm的通孔，所述天线承载支柱（2）通过螺栓和所述天线承载支柱安装孔（9）固接在所述背板（5）上；

所述螺旋微带天线（3）的材料为纯铜或铜镀金，所述螺旋微带天线（3）直接通过印刷电路板蚀刻而成，所述螺旋微带天线（3）呈以圆心为对称点的中心对称、外径100-150mm的阿基米德螺旋，在所述螺旋微带天线（3）的中心处设置有两个馈电点（11），在两个所述馈电点（11）上，分别焊接一根所述的信号传输电缆（4）；

所述信号传输电缆（4）通过所述背板（5）中央的所述信号传输电缆置入孔（10），穿过所述天线承载支柱（2），与数据处理装置的输入端连接。

2.按照权利要求1所述的气体绝缘组合电器局部放电在线监测内置超高频传感器，其特征在于所述螺旋微带天线（3）的工作频率为500-2000MHz；所述信号传输电缆（4）为高频同轴电缆，所述信号传输电缆（4）的平均特性阻抗为50Ω。

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