CN106324446A - 检测气体绝缘组合电器局部放电的外置超高频传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其包括介质板，所述介质板上表面两侧蚀刻有蝶形振子，介质板正面固定有矩形平面螺旋天线，所述矩形平面螺旋天线呈以矩形对角线交点为对称点的中心对称矩形平面螺旋线，矩形平面螺旋线的起始端为平行双线的馈电点，与信号传输电缆连接，信号传输电缆另端与固定在金属背腔侧壁处的射频接插件相连，所述金属背腔固定在介质板背面。本发明采用上述技术方案后，本发明的矩形平面螺旋天线构造更简单、空间利用率更高，可有效减小天线尺寸与重量；能实时在线监测GIS内部局部放电情况；即可以实现宽频带的阻抗匹配，又减小了传输损耗，从而改善了天线的辐射特性。
Description
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局部放电在线检测的外置超高频传感器。
背景技术
气体绝缘组合电器(简称GIS)具有占地面积少、可靠性高、检修周期长、维护工作量少、安装迅速、运行费用低等优点，在电力系统中得到广泛的应用。GIS在制造时出现的毛刺、安装运输时部件松动引起的接触不良、运行中固体绝缘材料的老化、及各种情况下可能出现金属微粒等各种缺陷，都可能导致GIS内部电场发生畸变，使得局部电场加强从而产生局部放电(简称PD)。当PD在很小的范围内发生时，具有极快的放电时间特性，PD陡脉冲含有从低频到微波频段的频率成分，并且脉冲向四周辐射出电磁波。传感器是检测GIS设备绝缘缺陷局部放电的重要设备，GIS波导壁为非理想导体，电磁波在GIS内部传播时会有功率损耗，根据GIS中电磁波的传播特点，可以利用超高频（简称UHF）传感器接收其发出的电磁波中300～3000MHz信号来评价PD情况，从而避开常规电气测试方法中难以避开的电晕放电等干扰，以提高检测系统的信噪比。超高频法就是通过超高频传感器来接收电气设备内部PD所产生的超高频信号来检测设备的PD情况。
实际运行的GIS是由许多间隔组成，每个间隔直接用盆式绝缘子封闭。GIS内部发生局部放电，其电磁信号可沿GIS的同轴波导结构沿轴向传播，还会从盆式绝缘子处向外泄露。因此 ，按照安装位置可将传感器分为内置式传感器和外置式传感器两种。内置式传感器安装在GIS设备内部，在设计建造时就必须进行设计，其优点是灵敏度高，检测效果好。然而，对于目前许多投入运行的GIS设备，由于当初出厂时未安装内置传感器，现场改造安装内置传感器并不符合实际需求，故一般均采用外置传感器的形式进行检测。外置天线传感器具有不影响GIS内部电场、安装方便等特点，故外置天线更有利于现场GIS局部放电的UHF信号的检测。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PD，保证电力系统的安全运行、提高供电可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测气体绝缘组合电器局部放电的外置超高频传感器，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、小型化、宽频带、便于移动和安装等特点。
本申请的目的是这样实现的：检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其包括介质板，所述介质板上表面两侧蚀刻有蝶形振子，介质板正面固定有矩形平面螺旋天线，所述矩形平面螺旋天线呈以矩形对角线交点为对称点的中心对称矩形平面螺旋线，矩形平面螺旋线的起始端为平行双线的馈电点，与信号传输电缆连接，信号传输电缆另端与固定在金属背腔侧壁处的射频接插件相连，所述金属背腔固定在介质板背面。
由于实施上述技术方案，主要有以下效果：（1）本发明的矩形平面螺旋天线，为阿基米德螺旋结构的变形，不仅具有阿基米德螺旋结构的一些优点外, 而且其构造更简单、空间利用率更高，便于生产制造，又可有效减小天线尺寸与重量；（2）本发明结构简单，腔体底部为圆弧形，可以很好的贴附在GIS盆式绝缘子处，拆卸方便，能实时在线监测GIS内部局部放电情况；（3）通过终端蝶形振子加载减小螺旋线外围的传输损耗，即可以实现宽频带的阻抗匹配，又减小了传输损耗，从而改善了天线的辐射特性。（4）本发明使用金属背腔，除接收面外，其他面均采用金属背腔进行屏蔽，满足天线的单向辐射性，简单易行，且能更好的改善增益。（5）本发明在1.0~1.3GHz，1.8~2.7GHz，2.85~3GHz等频段驻波比小于2，在3000MHz时，其增益可达到11.7dB，相比普通螺旋天线性能有较大的提升。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：本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：
图1是矩形平面螺旋天线印制电路板正面结构示意图；
图2是该外置超高频传感器的结构示意图；
图例：1、介质板；2、矩形平面螺旋天线；3、终端蝶形振子加载；4、馈电点；5、金属背腔；6、信号传输电缆；7、射频接插件。
具体实施方式：
本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
实施例：如图1、2所示，检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其特征在于：其包括介质板1，所述介质板1上表面两侧蚀刻有蝶形振子3，介质板1正面固定有矩形平面螺旋天线2，所述矩形平面螺旋天线2呈以矩形对角线交点为对称点的中心对称矩形平面螺旋线，矩形平面螺旋线的起始端为平行双线的馈电点4，与信号传输电缆6连接，信号传输电缆6另端与固定在金属背腔5侧壁处的射频接插件7相连，所述金属背腔5固定在介质板1背面。
所述介质板1的材料为环氧树脂。所述介质板1为长100mm，宽64mm，厚度为2mm的矩形。在所述介质板1的中心处，设置两个通孔，即信号传输电缆置入孔，以便所述的信号传输电缆6穿过，为平行双线馈电。
所述矩形平面螺旋天线2的材料为铜锡合金。所述矩形平面螺旋天线2直接通过印刷电路板蚀刻而成，所述矩形平面螺旋天线2呈以矩形对角线交点为对称点的中心对称，矩形平面螺旋线的起始端为平行双线的馈电点4，与所述信号传输电缆6连接。为了获得较好的辐射特性，所述螺旋线的圈数取7圈，螺旋辐射体的宽度和缝隙的宽度相等，构成互补结构。所述矩形平面螺旋天线2的工作频带为：500~3000MHz。
所述蝶形振子3蚀刻于介质板1正面，材料为铜锡合金。所述两蝶形振子3加载在矩形平面螺旋线的末端，张角为120°。
所述金属背腔5，材料为铝合金。所述金属背腔底部为圆弧形长100mm，宽70mm，高50mm的类长方体形置于介质板1背面。为了方便安装、固定在GIS盆式绝缘子上，所述金属背腔5底部两端各伸长15mm，并开一条形槽，槽宽5mm。所述金属背腔5侧面安装一射频接插件7，所述射频接插件7采用SMA座，引出信号到后续数据处理装置。所述金属背腔5，通过螺栓和密封胶固接在上述介质板1上。
所述信号传输电缆6为市购的高频同轴电缆，其平均特性阻抗为50Ω。在上述两个馈电点4上分别焊接一根，所述信号传输电缆6通过所述介质板1中央的传输电缆置入孔，与馈电点4用焊锡焊接。
以上技术特征构成了本申请的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。
Claims (5)
1.一种检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其特征在于：其包括介质板，所述介质板上表面两侧蚀刻有蝶形振子，介质板正面固定有矩形平面螺旋天线，所述矩形平面螺旋天线呈以矩形对角线交点为对称点的中心对称矩形平面螺旋线，矩形平面螺旋线的起始端为平行双线的馈电点，与信号传输电缆连接，信号传输电缆另端与固定在金属背腔侧壁处的射频接插件相连，所述金属背腔固定在介质板背面。
2.如权利要求1所述的检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其特征在于：所述介质板为环氧树脂板。
3.如权利要求1所述的检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其特征在于：所述矩形平面螺旋线的圈数取七圈，矩形平面螺旋线的宽度和缝隙的宽度相等，构成互补结构。
4.如权利要求1所述的检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其特征在于：所述两蝶形振子加载在矩形平面螺旋线的末端，张角为120°。
5.如权利要求1所述的检测气体绝缘组合电器局部放电在线监测外置超高频传感器，其特征在于：所述金属背腔底部两端向外延伸，并开一条形槽。
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| CN112701463A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-23 | 国家电网有限公司 | 一种基于圆形和矩形螺旋的组合式天线结构 |
| CN113933663A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-14 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 有源集成内置gis局放特高频检测装置与gis设备 |
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