CN106324455A

CN106324455A - 电力站局部放电信号检测系统

Info

Publication number: CN106324455A
Application number: CN201610704518.2A
Authority: CN
Inventors: 王育华; 顾自立; 姚刚; 何源; 殷峰
Original assignee: Nanjing Lianneng Electric Power Test Research Institute Co Ltd
Current assignee: Nanjing Lianneng Electric Power Test Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-07-26
Filing date: 2015-07-26
Publication date: 2017-01-11
Also published as: CN104991174B; CN104991174A

Abstract

本发明公开了一种电力站局部放电信号检测系统；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

电力站局部放电信号检测系统

技术领域

本发明涉及一种电力站局部放电信号检测系统。

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：电力站局部放电信号检测系统，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，本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。

本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统中，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。本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，所述第九振子臂35 的个数为三个。本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，所述第一振子臂11 与第六振子臂31 的半径均为3cm-8.5cm。本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。

本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。

本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。

本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。

本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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。

本实施例所述的电力站局部放电信号检测系统，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

1.一种电力站局部放电信号检测系统，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）；

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；

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）；所述第九振子臂（35）的个数为三个；

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）。

2.根据权利要求1 所述的一种电力站局部放电信号检测系统，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。

3.根据权利要求1 所述的一种电力站局部放电信号检测系统，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。

4.根据权利要求1 所述的一种电力站局部放电信号检测系统，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；第二半导体填充区（17）数量为四个。

5.根据权利要求1 所述的一种电力站局部放电信号检测系统，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）。

6.根据权利要求1 所述的一种电力站局部放电信号检测系统，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。