CN109839580A - 一种电缆终端局部放电在线监测用多频带超高频传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电缆终端局部放电在线监用多频带超高频传感器，属于高压电气设备局部放电监测技术领域。本发明是为了解决现有电缆终端局部放电宽频检测天线的频带宽、采集信息量大导致信号的采集、处理困难和体积大、不便于安装以及窄频检测天线存在的频带单一、带宽较窄，测试信息不够丰富的问题。本发明由金属贴片、金属接地层、介质基板、SMA接头和封装盒组成。本发明体积小、易于安装，检测频带较宽，覆盖电缆终端局部放电产生的能量分布集中的超高频信号频段，测试信息丰富，并降低信号采集和处理的难度，抗干扰能力强，灵敏度高，可确保电缆终端的安全稳定运行。本发明可广泛应用于电气设备内部局部放电的超高频信号的在线监测，特别适用于对电缆终端局部放电的超高频信号的在线监测。

Description

一种电缆终端局部放电在线监测用多频带超高频传感器

技术领域

本发明涉及电气设备内部局部放电的超高频信号的在线监测技术领域，特别适用于对电缆终端局部放电的超高频信号的在线监测。

背景技术

局部放电是造成电缆绝缘事故的主要原因，也是电缆绝缘故障发生的前兆，由于电缆终端绝缘结构的复杂性和不完善，导致电缆终端局部放电的发生率远高于电缆本体。对电缆终端进行局部放电的在线监测，不仅能保障电缆线路的安全可靠运行，对于整个电力系统的安全稳定运行而言，意义也是非凡的。

发生局部放电的过程中，会由于正负电荷的中和，瞬间产生一个纳秒级的电流脉冲，这种脉冲会在空间中激发出超高频的电磁信号，大量的研究表明，局部放电所激发的电磁信号频率集中在300MHz-3GHz。目前电缆终端局部放电的超高频检测方法，根据测试频带的不同，主要分为宽带检测法和窄带检测法。

宽带检测的方式主要是采取超宽带非频变天线，其特点是采集的信息量大，避免遗漏局部放电信息，但超宽带非频变天线频带宽，易混入干扰信号，不利于信号的采集和处理，并且超宽带非频变天线的体积一般较大，不便于安装和携带。窄带检测法的特点是抗干扰能力强，信噪比高，但检测频带单一，带宽较窄，导致检测信号能量受限制，测试信息不丰富，可能导致局部放电信息处理不准确。

因此，针对当前电缆终端局部放电超高频信号的特点，避开线路电晕放电信号，选取信号集中的频段， 同时考虑到天线的安装方便，信号便于采集、传输、处理等因素，设计一款能够检测到多频带，体积小的天线显得尤为必要。

发明内容

本发明是为了解决现有电缆终端局部放电宽频检测天线的频带宽、采集信息量大导致信号的采集、处理困难和体积大、不便于安装以及窄频检测天线存在的频带单一、带宽较窄，测试信息不够丰富的问题，提供了一种电缆终端局部放电在线监测用多频带超高频传感器。

为实现本发明目的而采用的方案是这样的：

电缆终端局部放电在线监测用多频带超高频传感器，包括金属贴片、微带馈线、介质基板、接地金属片、SMA型接口、封装盒、同轴射频电缆、高速数字示波器、交叉网线和计算机。所述介质基板的正面覆盖金属贴片和微带馈线，反面覆盖金属接地层；所述金属贴片包括第一段L型金属贴片、第二段L型金属贴片、第三段L型金属贴片和第四段L型金属贴片，每段贴片的一端分别与微带馈线连接，另一端悬空。所述介质基板被封装在封装盒中，所述SMA型接头安装在封装盒上；所述微带馈线末端与SMA型接头内导体连接；所述金属接地层与SMA型接头外导体连接。

所述基板由玻璃纤维环氧树脂材料制成，长度为185mm，宽度为80mm。

所述微带馈线长度为102mm，宽度为5mm。

所述第一段L型金属贴片一端与微带馈线首端相连，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为70mm；所述第二段L型金属贴片一端与微带馈线相连，距微带馈线首端5mm，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为38mm；所述第三段L型金属贴片一端与微带馈线相连，距微带馈线首端21mm，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为133mm；所述第四段L型金属贴片一端与微带馈线相连，距微带馈线首端30mm，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为75mm；所述接地板长度为59mm，宽度与基板宽度相匹配。

本发明的优点：本发明依据所需检测的超高频信号的频段，设置对应贴片的长度，实测在所需检测频段内驻波比均小于2，保证了天线接收信号的高效率传输，天线方向性良好，抗干扰能力强，能够屏蔽大部分干扰信号，具有实际测试价值，并且天线输出端阻抗为50欧姆，易于与信号传输线进行阻抗匹配。同时，天线的体积较小，便于现场操作，因此能及时有效的检测到电缆终端的绝缘故障，保障电缆终端的安全稳定运行，进而确保电力系统的可靠运行。

附图说明

图1是本发明的内部剖视图；

图2是本发明的外部结构；

图3是所述介质基板上反面结构分布布示意图；

图4是所述介质基板上正面结构分布示意图；

图中包括第一段L型金属贴片10、第二段L型金属贴片13、第三段L型金属贴片16、第四段L型金属贴片7和微带馈线19；

图5是本发明的使用状态图；

图中包括计算机26、交叉网线25、高速数字示波器24、同轴射频电缆23、多频带天线22、电缆终端21和电缆终端绝缘缺陷20；

图6是本发明所述超高频传感器的实测驻波比曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于电缆终端局部放电在线监测的多频带超高频传感器，包括金属贴片1、微带馈线19、介质基板3、金属接地层4、SMA型接头5、封装盒6、同轴射频电缆23、多频带天线22、高速数字示波器24。

所述介质基板3采用环氧树脂玻璃纤维板材料制作，介质基板3的正面覆盖金属贴片1、反面侧覆盖金属接地层4；所述金属贴片1与微带馈线19连接。

所述介质基板3的长×宽为185mm×80mm，厚度为2mm。微带馈线19的长为15mm，宽为4.5mm。金属接地层4的长度为59mm，宽为80mm。

为便于安装和携带天线，延长天线使用寿命，将天线封装在封装盒6中，如图2所示，封装盒6的结构采用厚度为2mm的六块环氧树脂板粘合而成的结构，封装盒长×宽×高为189mm×84mm×20mm，右侧缺口为SMA接口。

同时为保证天线只接收来自天线正面方向的超高频信号，在与天线反面侧相对应的环氧树脂板内侧粘贴锡箔纸26，屏蔽来自反方向的超高频信号

所述金属贴片包括第一段L型金属贴片10、第二段L型金属贴片13、第三段L型金属贴片16和第四段L型金属贴片7。

所述第一段L型金属贴片10一端与微带馈线19首端相连，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为70mm。

所述第二段L型金属贴片13一端与微带馈线19相连，距微带馈线首端5mm，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为38mm。

所述第三段L型金属贴片16一端与微带馈线19相连，距微带馈线首端21mm，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为133mm。

所述第四段L型金属贴片7一端与微带馈线19相连，距微带馈线首端30mm，另一端悬空，宽度为2mm,总长度为75mm。

具体实施方式二：下面结合图3至图6说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一作进一步说明和补充。

在本实施例中，所述金属贴片1的形状如图4所示。第一段L型金属贴片10中，各段距离分别为：图中标示12为10mm、标示11为60mm；第二段L型金属贴片13中，各段距离分别为：图中标示14为15mm、标示15为23mm;第三段L型金属贴片16中，各段距离分别为：图中标示18为30mm、标示17为103mm;第四段L型金属贴片7中，各段距离分别为：图中标示9为25mm、8为55mm。微带馈线19的首端与第一段L型金属贴片10的首端连接，末端接SMA接头5的内导体，长宽分别为15mm和4.5mm。金属接地层4的长宽分别为80mm、59mm,与SMA接头5底角连接。

如图6为本发明的天线在300MHz-3GHz频带内的实测驻波比曲线图，天线的4个谐振中心频率分别约为480MHz、624MHz、792MHz、1216MHz。天线在480MHz时的驻波比约为1.515，在624MHz时的驻波比约为1.494，在792MHz时的驻波比约为1.364，在1216MHz时的驻波比约为1.324。驻波比小于2时，第一个谐振频率处的通频带为460MHz-510MHz，带宽约为50MHz，第二个谐振频率处的通频带为600MHz-655MHz，带宽约为55MHz，第三个谐振频率处的通频带为770MHz-835MHz，带宽约为65MHz，第四个谐振频率处的通频带为1110MHz-1320MHz，带宽约为210MHz。四个频段覆盖电缆终端局部放电产生的超高频信号能量分布集中的频段，能够获取最有效的局部放电信息。

图5所示为电缆终端局部放电多频带天线检测分布使用图，当电缆终端21存在绝缘缺陷20时，在强场作用下会发生局部放电，激励的超高频信号以空气为媒介，传播耦合到多频带天线22，多频带天线22将电磁信号转化为电信号，并经过同轴射频电缆23传输到高速数字示波器24，高速数字示波器24通过交叉网线25将信号传输到计算机26，然后计算机26将接收到的信号进行处理和分析。

本发明的测试频带覆盖电缆终端局部放电超高频信号的主要频段，实测驻波比均小于2，能保证天线接收信号的高效率传输，天线方向性良好，保证信号来源的可靠性，具有较高的增益，灵敏度高，能够准确检测到局部放电，实现电缆终端的绝缘在线监测，保障电缆终端的绝缘安全性，从而保障电力系统的安全可靠运行，具有实际工程意义。

Claims (4)

1.一种用于电缆终端局部放电在线监测的多频带超高频传感器，包括金属贴片（1）、微带馈线（19）、介质基板（3）、金属接地层（4）、SMA型接头（5）、封装盒（6）、同轴射频电缆（23）、高速数字示波器（24）、交叉网线（25）、计算机（26），其特征在于：所述介质基板（3）的正面覆盖金属贴片（1）和微带馈线（19），反面覆盖金属接地层（4）；所述金属贴片（1）由四段L型金属贴片组成，分别与微带馈线（19）连接；介质基板（3）被封装在封装盒（6）中，所述SMA型接头（5）安装在封装盒（6）上；所述SMA型接头（5）内导体与微带馈线（19）末端连接，SMA型接头（5）外导体与金属接地层（4）连接；所述SMA型接头（5）通过同轴射频电缆（23）与高速数字示波器（24）连接；所述高速示波器（24）通过交叉网线（25）与计算机（26）连接；所述金属贴片（1）包括第一段L型金属贴片（10）、第二段L型金属贴片（13）、第三段L型金属贴片（16）和第四段L型金属贴片（7）。

2.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端局部放电在线监测的多频带超高频传感器，第一段L型金属贴片（10）一端与微带馈线（19）首端垂直相连，另一端悬空，宽度为2mm,长度为70mm，第二段L型金属贴片（13）一端与微带馈线（19）垂直相连，距微带馈线（19）首端5mm，另一端悬空，宽度为2mm,长度为38mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端局部放电在线监测的多频带超高频传感器，第三段L型金属贴片（16）一端与微带馈线（19）垂直相连，距微带馈线（19）首端21mm，另一端悬空，宽度为2mm,长度为133mm,第四段L型金属贴片（7）一端与微带馈线（19）垂直相连，距微带馈线（19）首端30mm，另一端悬空，宽度为2mm,长度为75mm。

4.根据权利要求书1所述的一种用于电缆终端局部放电在线监测的多频带超高频传感器，其特征在于，所述金属贴片（1）与微带馈线（19）的布置为图4的形状，所述金属接地层（4）的分布为图3的形状。