CN103545601B - 一种在线监测天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线监测天线，其包括两对扇形金属片、分别连接于扇形金属片底部的四个圆柱导体及连接于相对的两个圆柱导体底端的条形金属片，该条形金属片中心连接有一细金属圆柱一端，该细金属圆柱另一端连接法兰，该法兰上固定有高频N型连接器，该高频N型连接器的导体芯与该细金属圆柱焊接在一起，该高频N型连接器的底座与该法兰电连接并接地，该细金属圆柱外周包覆有聚四氟乙烯绝缘套筒，四个扇形金属片位于同一平面，并形成金属圆盘，该金属圆盘上方环设有细金属导线，该细金属导线与四个圆柱导体焊连。本发明实测性能良好，频带宽，灵敏度高，结构小巧，加工方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力工程技术领域的检测传感器，特别是指一种对于高压电力变压器内部局部放电进行特高频在线监测的天线。
背景技术
电力变压器是电网的重要组成部分，是电网中进行电能转换和传输的核心设备，因此变压器的正常运行对电网安全具有十分重要的意义。变压器的故障前期通常都会伴有局部放电现象。局部放电由于持续时间通常小于1ns，发射的电磁波频谱很宽，包含有特高频信号（频率在0.3GHz~3GHz的范围内）。基于此现象，可以应用特高频天线监测局放特高频信号，从而实现实时监测局部放电现象。由于特高频法信噪比高、天线与变压器无直接电连接等优点，可以用这种方法实现变压器的在线监测。
特高频天线的工作频带在300MHz以上，其性能好坏直接影响着特高频信号的接收及其后续的信号处理。目前应用于变压器在线监测领域的天线主要有平面等角螺旋天线、阿基米德天线等平面对称天线，实际应用经验表明，上述天线结构复杂、阻抗匹配要求高、可变设计参数较少，低频性能受尺寸影响较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种结构简单、尺寸小、频带宽、驻波比小的用于变压器内部局部放电的在线监测天线。
为达到上述目的，本发明提供一种在线监测天线，其包括两对扇形金属片、分别连接于扇形金属片底部的四个圆柱导体及连接于相对的两个圆柱导体底端的条形金属片，该条形金属片中心连接有一细金属圆柱一端，该细金属圆柱另一端连接法兰，该法兰上固定有高频N型连接器，该高频N型连接器的导体芯与该细金属圆柱焊接在一起，该高频N型连接器的底座与该法兰电连接并接地，该细金属圆柱外周包覆有聚四氟乙烯绝缘套筒，四个扇形金属片位于同一平面，并形成金属圆盘，该金属圆盘下方环设有细金属导线，该细金属导线与四个圆柱导体焊连。
其中一对扇形金属片的弧度为60°，另一对扇形金属片的弧度为120°，弧度相同的扇形金属片间隔放置。
所述扇形金属片厚度均为2mm，所述金属圆盘外径为120mm。
该四个圆柱导体组成一个正方形，该四个圆柱导体为该正方形的四个角，该正方形对角线长度为80mm。
该细金属导线距离所述金属圆盘为1mm。
弧度为60°的扇形金属片底部的圆柱导体直径为8mm，长度为42mm；弧度为120°的扇形金属片底部的圆柱导体直径为8mm，长度为32mm。
所述条形金属片中间设有中心孔，两端距中心等距离处各有一穿孔，所述条形金属片两端的穿孔分别与两个弧度为120°的扇形金属片底部的圆柱导体的下端通过铜螺丝相连。
所述细金属圆柱一端有细孔，供置入所述高频N型连接器的导体芯端部，另一端开有螺纹孔，该螺纹孔与所述条形金属片的中心孔相对，通过铜螺丝与条形金属片固定。
法兰的中心开有用以固定连接该细金属圆柱细孔一端的通孔，并在距离中心通孔等距离处开有两个盲孔，该两个盲孔与中心通孔在一条直线上。
所述扇形金属片、圆柱导体、条形金属片及细金属圆柱的材质均为铜，所述法兰的材质为合金铝。
本发明的有益效果为：频带较宽，可以在很大范围内上接收局部放电信号的频域分量，便于后期的处理，如频谱分析及模式识别等；阻抗接近50
，且为非对称天线，可与同为非对称结构的50Ω同轴电缆匹配；结构小巧，适用于多种场合。
附图说明
图1为本发明的在线监测天线的部分结构示意图；
图2为本发明在线监测天线的实施状态示意图。
具体实施方式
为便于对本发明的结构及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明在线监测天线包括：两对（四个）扇形金属片1、分别连接于扇形金属片1底部的四个圆柱导体2及连接于相对的两个圆柱导体2底端的条形金属片3，该条形金属片3中心连接有一细金属圆柱一端，该细金属圆柱另一端连接法兰，该法兰上固定有高频N型连接器，该高频N型连接器的导体芯与细金属圆柱焊接在一起，该高频N型连接器的底座与法兰电连接并接地，该细金属圆柱外周包覆有聚四氟乙烯绝缘套筒，四个扇形金属片1位于同一平面，并形成金属圆盘，该金属圆盘下方环设有细金属导线，该细金属导线与四个圆柱导体2焊连。
该两对扇形金属片1与四个圆柱导体2材质为铜。其中一对扇形金属片1的弧度为60°，另一对扇形金属片1的弧度为120°，扇形金属片1厚度均为2mm，弧度相同的扇形金属片1间隔放置，组装后共同组成的金属圆盘外径为120mm。每个扇形金属片1下部都连接着一个圆柱导体2。四个圆柱导体2组成一个正方形，该四个圆柱导体为该正方形的四个角，正方形的对角线长度为80mm。弧度为60°的扇形金属片1底部的圆柱导体2直径为8mm，长度为42mm；弧度为120°的扇形金属片1底部的圆柱导体2直径为8mm，长度为32mm。距扇形金属片1上方1mm处有一圈细金属导线，该细金属导线与四个圆柱导体2相焊连。
本发明中的条形金属片3材质为铜，矩形，长宽为100mm×10mm，厚度为2mm。条形金属片3中间设有一个中心孔，孔径3.5mm，两端距中心40mm处各有一穿孔，孔径4mm。该条形金属片3两端分别与两个弧度为120°的扇形金属片1底部的圆柱导体2的下端通过铜螺丝相连，实现该对扇形金属片1的电连接。
本发明中的细金属圆柱的材质为铜，尺寸为Ø6mm×30mm，一端有细孔，可置入高频N型连接器的导体芯端部，另一端开有深度为15mm的M3螺纹孔，组装时，该螺纹孔与上述条形金属片3的中心孔相对，通过细铜螺丝与条形金属片3固定。
本发明中的法兰的材质为合金铝，尺寸可根据实际需要确定。中心开14mm的通孔，并在距离中心40mm处开有两个M3的螺纹盲孔，两个盲孔与中心通孔在一条直线上。该细金属圆柱具有细孔的一端与法兰中心通孔固定连接。本发明中的聚四氟乙烯绝缘套筒长度为30mm，内径为6mm，外径14mm，分别与细金属圆柱和金属法兰通孔紧密配合。
如图2所示，本发明实施例的天线分别安装于变压器箱壁的三个位置，用以接收局部放电高频信号，如图中局放点P0处的高频信号。
本实施例中，变压器箱壁开孔处有升高座，将天线置于升高座内部并装置法兰，用密封圈密封以防漏油，如有现成油阀，则经改装后，将天线置于油阀内。
本实施例中，用三根等长的50 Ω高频同轴电缆将天线接收的信号接入信号调理装置。
本实施例中，实测S11表明天线的特高频性能良好，在0.4~1.0GHz范围内S11均小于-10dB，且有0.559GHz、0.747GHz、0.804GHz三个谐振点，在0.3G~1.1GHz范围内S11小于-5dB，表明该天线能够很好地接收局部放电发射的高频电磁信号。
本实施例的优点：
1. 频带较宽，在0.3~1.1GHz范围内，S11参数小于-5dB，驻波比小于3.6，其中在0.4~1.0GHz范围内，S11参数小于-10dB，驻波比小于2，表明天线灵敏度高，可以在很大范围内上接收局部放电信号的频域分量，便于后期的处理，如频谱分析及模式识别等；
2. 在0.4~1.0GHz范围内有多个谐振点，分别为0.559GHz、0.747GHz、0.804GHz，可以很好地接收这几个频点的特高频信号，均在目标频段内；
3. 在0.4~1.0GHz范围内，阻抗值接近50Ω，且为非对称天线，可与同为非对称结构的50同轴电缆匹配；
4. 结构小巧，无需平衡非平衡转换器，成本低廉，加工方便。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种在线监测天线，其特征在于，其包括两对扇形金属片、分别连接于扇形金属片底部的四个圆柱导体及连接于相对的两个圆柱导体底端的条形金属片，该条形金属片中心连接有一细金属圆柱一端，该细金属圆柱另一端连接法兰，该法兰上固定有高频N型连接器，该高频N型连接器的导体芯与该细金属圆柱焊接在一起，该高频N型连接器的底座与该法兰电连接并接地，该细金属圆柱外周包覆有聚四氟乙烯绝缘套筒，四个扇形金属片位于同一平面，并形成金属圆盘，该金属圆盘下方环设有细金属导线，该细金属导线与四个圆柱导体焊连；
其中一对扇形金属片的弧度为60°，另一对扇形金属片的弧度为120°，弧度相同的扁扇形金属片间隔放置。
2.如权利要求1所述的在线监测天线，其特征在于，所述扇形金属片厚度均为2mm，所述金属圆盘外径为120mm。
3.如权利要求1所述的在线监测天线，其特征在于，该四个圆柱导体组成一个正方形，该四个圆柱导体为该正方形的四个角，该正方形对角线长度为80mm。
4.如权利要求1所述的在线监测天线，其特征在于，该细金属导线距离所述金属圆盘为1mm。
5.如权利要求1所述的在线监测天线，其特征在于，弧度为60°的扇形金属片底部的圆柱导体直径为8mm，长度为42mm；弧度为120°的扇形金属片底部的圆柱导体直径为8mm，长度为32mm。
6.如权利要求2所述的在线监测天线，其特征在于，所述条形金属片中间设有中心孔，两端距中心等距离处各有一穿孔，所述条形金属片两端的穿孔分别与两个弧度为120°的扇形金属片底部的圆柱导体的下端通过铜螺丝相连。
7.如权利要求6所述的在线监测天线，其特征在于，所述细金属圆柱一端有细孔，供置入所述高频N型连接器的导体芯端部，另一端开有螺纹孔，该螺纹孔与所述条形金属片的中心孔相对，通过铜螺丝与条形金属片固定。
8.如权利要求7所述的在线监测天线，其特征在于，法兰的中心开有用以固定连接该细金属圆柱细孔一端的通孔，并在距离中心通孔等距离处开有两个盲孔，该两个盲孔与中心通孔在一条直线上。
9.如权利要求1所述的在线监测天线，其特征在于，所述扇形金属片、圆柱导体、条形金属片及细金属圆柱的材质均为铜，所述法兰的材质为合金铝。
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