CN105004976A - 一种变电站局部放电信号检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站局部放电信号检测装置；包括有多通道数据采集单元、滤波器、数据处理系统以及天线阵列；所述多通道数据采集单元用于采集天线阵列接收到的局部放电信号；滤波器用于滤除多通道数据采集单元采集到的信号的杂波；利用漏电源有信号释放出的原理进行捕捉测定漏电源位置，改进接收天线，将天线的各项指标增加，实现更高灵敏度的探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种变电站局部放电信号检测装置。
背景技术
目前，绝缘故障是电力设备在运行中的主要故障之一，电力设备发生绝缘故障前，一般都会有一个逐渐发展的局部放电过程，并最终导致绝缘击穿。如果在这个过程能够对运行设备进行局部放电监测和诊断，及时发现局部放电信号，提前对缺陷进行处理，就能有效避免绝缘击穿故障的发生。此外，对局部放电位置的定位，也有助于制定更有针对性的检修处理方案，减少停电时间，提高检修效率。因此，目前国内外很多科研工作者都对电力设备的局部放电的监测及定位进行了研究。申请号为：2011101675994的专利公开了一种《变电站局部放电信号在线监测和定位方法》，其利用全向天线接收信号，从而计算出局部放电的位置信息。然而，由于变电站附近本身存在很大的电场影响，而作为天线如果需要接收到强电场下的局部放电信号，就需要该天线本身在方向性能有较好的性能，通过实践，一般该天线在局部放电信号时接收频率在700-1000MHz频段，从而发射频段也应该700-1000MHz频段，因此，需要天线的电气性能，即发射性能，例如其全向性和增益以及前后比均要求要较好的电气性能。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种全向性和增益以及前后比均具有较好的电气性能，从而反向应用即接收信号时能有较佳的电气性能的天线。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：变电站局部放电信号检测装置，包括有多通道数据采集单元、滤波器、数据处理系统以及天线阵列；
所述多通道数据采集单元用于采集天线阵列接收到的局部放电信号；滤波器用于滤除多通道数据采集单元采集到的信号的杂波；
所述天线阵列包括有多个微带天线，每个所述微带天线包括有第一PCB板层、第二PCB板层、设于第一PCB板上的第一振子层、设于第二PCB板上的第二振子层，第一PCB板与第二PCB板叠加设置在一起。
其中，所述第一振子层包括有两个呈中心对称且左右设置的第一微带振子，每个所述第一微带振子包括有一半圆形的第一振子臂，第一振子臂的两端相连形成第二振子臂,所述第二振子臂呈波浪形；所述第一振子臂的底端朝向第二振子臂的一侧延伸出有第一支柱，所述第一支柱的自由端设有一弧形的第三振子臂，所述第三振子臂的弧口朝向第二振子臂；每个所述第一微带振子还包括有呈凹字形的第四振子臂，所述第四振臂凹口朝向第二振子臂方向；所述第四振子臂与第二振子臂之间还设有第五振子臂，所述第五振子臂呈波浪形；
所述第二振子层包括有两个呈中心对称且上下设置的第二微带振子，每个所述所述第二微带振子包括有一半圆形的第六振子臂，所述第六振子臂的底端朝向第六振子臂开口方向延伸出有第二支柱，所述第二支柱的自由端设有第七振子臂，所述第七振子臂上设有锯齿；所述第六振子臂的两端向内延伸有第八振子臂，所述第八振子臂的尾部向前延伸有多个第九振子臂。
其中，所述第九振子臂的个数为三个。
其中，所述第一振子臂与第六振子臂的半径均为3cm-8.5cm。
其中，所述第一支柱上设有第一半导体填充区；四振子臂的两个支臂上设有多个呈一列的多个第二半导体填充区。
其中，所述第四振子臂中间设有弧形凹陷，所述弧形凹陷的开口方向朝外。
其中，第一半导体填充区和第二半导体填充区所填充的半导体由以下20份的二氧化硅、8份的铝粉、1.5份的碳粉组成。
其中，第二半导体填充区数量为四个。
其中，还包括有贯通与第一PCB板与第二PCB板的馈电孔。
其中，第九振子臂的上设有多个呈一列的多个第三半导体填充区。
其中，所述第一PCB板上设有两个呈中心对称上下分布的、呈正三角形设置的第一寄生振子片。
其中，所述第二PCB板上设有两个呈中心对称左右分布的、呈圆形设置的第二寄生振子片。
其中，还包括有绝缘隔离层，所述绝缘隔离层包裹所述第一PCB板与第二PCB板的两个侧边以及第二PCB板的底边。
本发明的有益效果为：利用漏电源有信号释放出的原理进行捕捉测定漏电源位置，改进接收天线，将天线的各项指标增加，实现更高灵敏度的探测。
附图说明
图1是微带天线的截面图；
图2是第一振子层的俯视图；
图3是第二振子层的俯视图；
图4是在频率为700MHZ时前后比的实验数据图；
图5是在频率为890MHZ时前后比的实验数据图；
图6是在频率为1000MHZ时前后比的实验数据图；
图7是在频率为700MHZ时表示增益的方向图；
图8是在频率为890MHZ时表示增益的方向图；
图9是在频率为1000MHZ时表示增益的方向图；
图1至图9中的附图标记说明：
1-第一振子层；11-第一振子臂；12-第二振子臂；13-第一半导体填充区；131-第一支柱；14-第三振子臂；15-第五振子臂；16-第四振子臂；17-第二半导体填充区；18-弧形凹陷；19-第一寄生振子片；
2-第一PCB板层；
3-第二振子层；
31-第六振子臂；32-第八振子臂；33-第二支柱；34-第七振子臂；35-第九振子臂；36-第二寄生振子片；
4-第二PCB板层；5-绝缘隔离层；
6-馈电孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
实施例1。
如图1至9所示，本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，包括有多通道数据采集单元、滤波器、数据处理系统以及天线阵列；所述多通道数据采集单元用于采集天线阵列接收到的局部放电信号；滤波器用于滤除多通道数据采集单元采集到的信号的杂波；根据申请号为：2011101675994的专利公开了一种《变电站局部放电信号在线监测和定位方法》，通过天线接收局部放电信号，通过多通道数据采集单元将信号传至滤波器，滤波器用于滤除多通道数据采集单元采集到的信号的杂波，数据处理系统通过上述专利中介绍的方法计算后得出放电源的准确位置。
本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置中，所述天线阵列包括有多个微带天线，每个所述微带天线包括有第一PCB板层2、第二PCB板层4、设于第一PCB板上的第一振子层1、设于第二PCB板上的第二振子层3，第一PCB板与第二PCB板叠加设置在一起。本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，所述第一振子层1包括有两个呈中心对称且左右设置的第一微带振子，每个所述第一微带振子包括有一半圆形的第一振子臂11，第一振子臂11的两端相连形成第二振子臂12,所述第二振子臂12呈波浪形；所述第一振子臂11的底端朝向第二振子臂12的一侧延伸出有第一支柱131，所述第一支柱131的自由端设有一弧形的第三振子臂14，所述第三振子臂14的弧口朝向第二振子臂12；每个所述第一微带振子还包括有呈凹字形的第四振子臂16，所述第四振臂凹口朝向第二振子臂12方向；所述第四振子臂16与第二振子臂12之间还设有第五振子臂15，所述第五振子臂15呈波浪形；所述第二振子层3包括有两个呈中心对称且上下设置的第二微带振子，每个所述所述第二微带振子包括有一半圆形的第六振子臂31，所述第六振子臂31的底端朝向第六振子臂31开口方向延伸出有第二支柱33，所述第二支柱33的自由端设有第七振子臂34，所述第七振子臂34上设有锯齿；锯齿一定程度上提高了天线的隔离度；所述第六振子臂31的两端向内延伸有第八振子臂32，所述第八振子臂32的尾部向前延伸有多个第九振子臂35。本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，所述第九振子臂35的个数为三个。本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，所述第一振子臂11与第六振子臂31的半径均为3cm-8.5cm。本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，所述第一支柱131上设有第一半导体填充区13；四振子臂的两个支臂上设有多个呈一列的多个第二半导体填充区17。本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，所述第四振子臂16中间设有弧形凹陷18，所述弧形凹陷18的开口方向朝外。
通过不断的微带电路结构设计，以及通过不断试验和参数调整下，最终确定了上述天线结构，在700MHZ至1000MHZ频段均表现出优良的通信电气参数性能，具体的，辐射单元最低频点前后比大于30dB,频带内前后比平均大于32dB；低频点增益大于9.37dBi,频带内平均增益大于9.8dBi。
具体实际测试结果如下表HFSS15软件计算：
测试频带段
频带内前后比
对应增益
700MHz
31.225dB
9.3521dBi
750MHz
31.927dB
9.4956dBi
850MHz
32.012dB
9.5352dBi
870MHz
32.221dB
9.6149dBi
890MHz
33.313dB
9.7550dBi
910MHz
33.918dB
9.8321dBi
920MHz
34.125dB
9.9115dBi
940MHz
35.232dB
9.9960dBi
1000MHz
36.000dB
10.200dBi
如上表所示，其在700MHz至1000MHz频段均表现出优良的通信电气参数性能，具体的，单个辐射单元最低频点前后比均大于31dB，在950MHz,单个辐射单元最低频点前后比均为35.232dB；而低频点增益均大于9.35dBi,频带内平均增益大于9.8dBi。
具体从实验数据中截取三个频段的前后比数据图以及三个频段的增益数据图，如图4至图9，在700MHz至1000MHz实现了优良的前后比特性，其中，在700MHz时，如图4，其频带内前后比为31.225dB；在890MHz时，如图5，其频带内前后比为33.313dB；在950MHz时，如图6，其频带内前后比为36.000dB；而在增益上的表现：如图7，其在700MHz时，其增益达到：9.3521 dBi；如图8，其在890MHz时，其增益达到：9.7550dBi；如图9，其在1000MHz时，其增益达到：10.200dBi；可以得知，其平均内前后比大于33dB，其增益平均大于9.8dBi。
因此，作为接收天线，反向性能要求也较高，因此该结构天线的反向性能非常优异，增益均在9.3dBi以上，满足强电场下，对700MHz至1000MHz频段的使用要求，性能稳定，测量精度大大提高。
实施例2。
本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，与实施例1的区别在于：第一半导体填充区13和第二半导体填充区17所填充的半导体由以下20份的二氧化硅、8份的铝粉、1.5份的碳粉组成。在实验配比下，该组分中的铝粉和碳粉弥补了半导体导电性能，将信号的通过速率降低，从而在理论上延长了电流流经的长度，从而增加了增益性能。通过具体测量，增益增加在2%-5%。如下表，其选取了三个频段测试来验证提高比率。
测试频带段
原增益
后测试增益
提高比率
800MHz
9.500dBi
9.690dBi
2%
900MHz
9.8121dBi
10.077dBi
2.7%
1000MHz
10.200dBi
10.557dBi
3.5%
实施例3。
本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，其余实施例1和实施例2的区别在于所述第一PCB板上设有两个呈中心对称上下分布的、呈正三角形设置的第一寄生振子片19。所述第二PCB板上设有两个呈中心对称左右分布的、呈圆形设置的第二寄生振子片36。寄生振子片除了本身具有的功能外还增加了频带宽度。利于电信号的捕获。
本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，还包括有绝缘隔离层5，所述绝缘隔离层5包裹所述第一PCB板与第二PCB板的两个侧边以及第二PCB板的底边。隔离层不仅增加了隔离度还使得天线防水防尘，保护天线免受其他因素干扰。
本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，第二半导体填充区17数量为四个。还包括有贯通与第一PCB板与第二PCB板的馈电孔6。第九振子臂35的上设有多个呈一列的多个第三半导体填充区。
实施例4。
本实施例所述的变电站局部放电信号检测装置，所述微带天线的与法线的夹角为45度。通过实验得知，其为45度角时，接收效果最好。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：包括有多通道数据采集单元、滤波器、数据处理系统以及天线阵列；
所述多通道数据采集单元用于采集天线阵列接收到的局部放电信号；滤波器用于滤除多通道数据采集单元采集到的信号的杂波；
所述天线阵列包括有多个微带天线，每个所述微带天线包括有第一PCB板层（2）、第二PCB板层（4）、设于第一PCB板上的第一振子层（1）、设于第二PCB板上的第二振子层（3），第一PCB板与第二PCB板叠加设置在一起；
所述第一PCB板上设有两个呈中心对称上下分布的、呈正三角形设置的第一寄生振子片（19）；
所述第二PCB板上设有两个呈中心对称左右分布的、呈圆形设置的第二寄生振子片（36）。
2.根据权利要求1所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：所述第一振子层（1）包括有两个呈中心对称且左右设置的第一微带振子，每个所述第一微带振子包括有一半圆形的第一振子臂（11），第一振子臂（11）的两端相连形成第二振子臂（12）,所述第二振子臂（12）呈波浪形；所述第一振子臂（11）的底端朝向第二振子臂（12）的一侧延伸出有第一支柱（131），所述第一支柱（131）的自由端设有一弧形的第三振子臂（14），所述第三振子臂（14）的弧口朝向第二振子臂（12）；每个所述第一微带振子还包括有呈凹字形的第四振子臂（16），所述第四振臂凹口朝向第二振子臂（12）方向；所述第四振子臂（16）与第二振子臂（12）之间还设有第五振子臂（15），所述第五振子臂（15）呈波浪形；
所述第二振子层（3）包括有两个呈中心对称且上下设置的第二微带振子，每个所述所述第二微带振子包括有一半圆形的第六振子臂（31），所述第六振子臂（31）的底端朝向第六振子臂（31）开口方向延伸出有第二支柱（33），所述第二支柱（33）的自由端设有第七振子臂（34），所述第七振子臂（34）上设有锯齿；所述第六振子臂（31）的两端向内延伸有第八振子臂（32），所述第八振子臂（32）的尾部向前延伸有多个第九振子臂（35）。
3.根据权利要求2所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：所述第九振子臂（35）的个数为三个。
4.根据权利要求2所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：所述第一振子臂（11）与第六振子臂（31）的半径均为3cm-8.5cm。
5.根据权利要求2所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：所述第一支柱（131）上设有第一半导体填充区（13）；四振子臂的两个支臂上设有多个呈一列的多个第二半导体填充区（17）。
6.根据权利要求2所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：所述第四振子臂（16）中间设有弧形凹陷（18），所述弧形凹陷（18）的开口方向朝外。
7.根据权利要求5所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：第一半导体填充区（13）和第二半导体填充区（17）所填充的半导体由以下20份的二氧化硅、8份的铝粉、1.5份的碳粉组成。
8.根据权利要求5所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：第二半导体填充区（17）数量为四个。
9.根据权利要求2所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：还包括有贯通与第一PCB板与第二PCB板的馈电孔（6）。
10.根据权利要求2所述的一种变电站局部放电信号检测装置，其特征在于：第九振子臂（35）的上设有多个呈一列的多个第三半导体填充区。
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Inventor after: Zhu Wenbin Inventor after: Wang Zexiao Inventor after: Wang Kai Inventor after: Cheng Fei Inventor after: Zhao Shuai Inventor after: Zhao Wenxin Inventor after: Wu Juan Inventor after: Liu Ying Inventor after: Chen Hao Inventor after: Li Ming Inventor after: Guo Li Inventor after: Zhang Zeqiang Inventor after: Yan Xiaodong Inventor after: Xia Yongping Inventor after: Li Yan Inventor after: Fan Yawen Inventor after: Chen Rui Inventor before: Hu Jiewei |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160829 Address after: 839099 No. 18 patriotic North Road, Hami, Hami, the Xinjiang Uygur Autonomous Region Applicant after: HAMI POWER SUPPLY COMPANY, STATE GRID XINJIANG ELECTRIC POWER CO., LTD. Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 246003 Anhui province Anqing City Jianxin Street No. 2 East Annex 204 Applicant before: Hu Jiewei |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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