CN112162122A - 一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器及安装方法，传感器包括特高频传感器包括绝缘罩、绝缘板和金属贴片组件，金属贴片组件包括相同的第一金属贴片和第二金属贴片，绝缘板连接开关柜箱壁的内壁，同时对称连接第一金属贴片和第二金属贴片，绝缘板、第一金属贴片和第二金属贴片置于绝缘罩与开关柜箱壁形成的腔体，第一金属贴片和第二金属贴片之间形成间隙，间隙、绝缘板的第一通孔和开关柜箱壁的第二通孔同轴，同轴电缆的一端分别导通连接第一金属贴片和第二金属贴片，另一端依次通过间隙、第一通孔和第二通孔导通连接同轴电缆接头，同轴电缆接头与开关柜箱壁导通连接。与现有技术相比，设计简单，方便加工，易于安装或拆卸。

Description

一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器及安装方法

技术领域

本发明涉及高压开关柜局部放电检测领域，尤其是涉及一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器及安装方法。

背景技术

高压开关柜是面向用户供电的配电网直接设备，其故障将会造成用户停电从而给电网带来巨大经济损失、并造成一定社会影响；此外，确保高质量可靠供电是电网运维保障的必由之路。由于高压开关柜内部结构复杂、绝缘间距小，导致其比电网中其他电气设备更加容易出现绝缘缺陷，在受潮凝露条件下发生设备绝缘表面爬电等局部放电(Partialdischarge，PD)现象。PD的长期存在最终会导致设备的绝缘老化或劣化甚至损坏，最终发展成高压开关柜绝缘击穿事故。因此，通过高压开关柜的PD在线监测、带电检测以判断其绝缘状况便显得至关重要。

目前应用于检测高压开关柜PD信号的方法主要有超声波(AE)检测法、暂态对地电压(TEV)检测法以及特高频(UHF)检测法等。UHF是近年来发展起来的一项新技术，它通过测量高压设备绝缘隐患在运行电压下辐射的电磁波来判断设备是否发生PD，该方法可以非接触测量，被广泛地应用于电气设备的在线检测。针对高压开关柜设备的自身特点，如图8(a)-(d)所示，目前有金属辐射贴片(CN 104868240 A)、可重构天线(正方形环形微带贴片，CN 110927541 A)、微带缝隙天线(CN 104515940 A)和雪花型微带天线(高电压技术，Vol.42,No.10：3207-3213，2016)的UHF检测传感器被提出。但上述已有技术表明，传感器设计、加工较为复杂，不方便在设备上推广使用，且安装也需要一定特殊条件，这大大限制了UHF检测法在高压开关柜设备绝缘缺陷PD的在线监测、带电检测使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的传感器设计、加工复杂且不方便安装的缺陷而提供一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器及安装方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，包括绝缘罩，以及绝缘板和金属贴片组件，所述金属贴片组件包括相同的第一金属贴片和第二金属贴片，所述绝缘板的一面连接开关柜箱壁的内壁，另一面对称连接第一金属贴片和第二金属贴片，所述绝缘板、第一金属贴片和第二金属贴片置于绝缘罩与开关柜箱壁形成的腔体，所述第一金属贴片和第二金属贴片之间形成间隙，所述绝缘板设有第一通孔，开关柜箱壁设有第二通孔，所述间隙、第一通孔和第二通孔同轴，同轴电缆的一端分别导通连接第一金属贴片和第二金属贴片，另一端依次通过间隙、第一通孔和第二通孔导通连接同轴电缆接头，所述同轴电缆接头与开关柜箱壁导通连接。

所述的第一金属贴片为铜贴片，所述的第二金属贴片为铜贴片。

所述绝缘板分别与第一金属贴片和第二金属贴片粘接。

所述的绝缘板为聚乙烯绝缘板。

同轴电缆包括电缆芯线和围绕电缆芯线的屏蔽层，所述电缆芯线的一端连接第二金属贴片，所述屏蔽层的一端连接第一金属贴片。

所述电缆芯线的一端与第二金属贴片焊接。

所述绝缘板与开关柜箱壁的内壁粘接。

所述的同轴电缆接头与开关柜箱壁通过金属螺栓连接。

所述的绝缘罩与开关柜箱壁通过绝缘螺栓连接。

一种所述高压开关柜箱壁一体式特高频传感器的安装方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：同轴电缆的一端分别与第一金属贴片和第二金属贴片的馈电点导通连接；

步骤S2：绝缘板的一面对称连接第一金属贴片和第二金属贴片，间隙与第一通孔同轴；

步骤S3：绝缘板的另一面连接开关柜箱壁的内壁，第二通孔、间隙和第一通孔同轴；

步骤S4：绝缘罩绝缘连接开关柜箱壁；

步骤S5：同轴电缆的另一端导通连接第一同轴电缆接头；

步骤S6：同轴电缆接头与高压开关柜箱壁导通连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)同轴电缆接头、高压开关柜箱壁、绝缘罩、绝缘板和金属贴片组件组成了可以耦合特高频电磁波信号的互补偶极子双贴片型天线，采用互补偶极子双贴片型天线形成高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，设计简单，方便加工，安装或拆卸步骤少，大大扩展了其使用范围。

(2)形成的高压开关柜箱壁一体式特高频传感器利用开关柜箱体作为接地平面，信号输出端子可以在带电运行工况下操作，实现高压开关柜内部组件绝缘状态的带电检测/巡检，也可以给在线监测装置或重症监护系统提供信号。

附图说明

图1为本发明高频传感器的结构示意图；

图2为本发明特高频传感器的A-A剖面图；

图3为本发明特高频传感器的安装结构示意图；

图4(a)-(e)为本发明特高频传感器安装步骤示意图；

图5为本发明特高频传感器的方向图；

图6为本发明特高频传感器的驻波比；

图7(a)-(d)为本发明特高频传感器在不同加压条件下的单个放电检测时域信号；

图8(a)为现有技术中金属辐射贴片特高频传感器；

图8(b)为现有技术中正方形环形微带贴片特高频传感器；

图8(c)为现有技术中微带缝隙天线特高频传感器；

图8(d)为现有技术中雪花型微带天线特高频传感器；

附图标记：

1为绝缘板；2为第一金属贴片；3为第二金属贴片；4为绝缘罩；5为开关柜箱壁；6为同轴电缆接头；7为馈电点；8为带同轴电缆的接头；9为开关柜接地线电阻；10为放电源；11为同轴电缆；12为电缆芯线；13为第一通孔；14为第二通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，即联合高压开关柜箱壁的可以耦合特高频电磁波信号的互补偶极子双贴片型天线，如图1所示，包括绝缘罩4，以及绝缘板1和金属贴片组件，金属贴片组件包括相同的第一金属贴片2和第二金属贴片3，绝缘板1的一面连接开关柜箱壁5的内壁，另一面对称连接第一金属贴片2和第二金属贴片3，绝缘板1、第一金属贴片2和第二金属贴片3置于绝缘罩4与开关柜箱壁5形成的腔体，第一金属贴片2和第二金属贴片3之间形成间隙，绝缘板1设有第一通孔13，开关柜箱壁5设有第二通孔14，所述间隙、第一通孔13和第二通孔14同轴，同轴电缆11的一端分别导通连接第一金属贴片2和第二金属贴片3，另一端依次通过间隙、第一通孔13和第二通孔14导通连接同轴电缆接头6，同轴电缆接头6与开关柜箱壁5导通连接。

具体而言：

高压开关柜箱壁5通过开关柜接地线电阻9接地，高压开关柜内设放电源10。

同轴电缆11的另一端通过带同轴电缆11的接头连接同轴电缆接头6，带同轴电缆的接头8与同轴电缆接头6螺纹连接。

第一金属贴片2为铜贴片，第二金属贴片3为铜贴片；聚乙烯绝缘板分别与第一金属贴片2和第二金属贴片3粘接。

同轴电缆11包括电缆芯线12和围绕电缆芯线12的屏蔽层，电缆芯线12的一端连接第二金属贴片3，屏蔽层的一端连接第一金属贴片2，电缆芯线12的一端与第二金属贴片3焊接。

绝缘板1与开关柜箱壁5的内壁粘接，同轴电缆接头6与开关柜箱壁5通过金属螺栓连接，绝缘罩4与开关柜箱壁5通过绝缘螺栓连接。

上述互补偶极子双贴片型天线，其工作特性由第一金属贴片2和第二金属贴片3的长度l、宽度w、厚度h、缝隙间距b和绝缘板1的厚度k决定。由于第一金属贴片2和第二金属贴片3之间留下一条间隙进行对称布置，根据偶极子理论，间隙阻抗(即特高频传感器阻抗)正比于偶极子导纳，则已知偶极子的性能即可预测其互补间隙的性能，使得偶极子与缝隙的结构互补。

互补偶极子双贴片型天线的铜贴片和绝缘板1，可以采用导电铜薄片置于底衬接地板的介质基片表面构成，其中底衬接地板与高压开关柜箱壁5金属性导通接触；也可以将导电铜薄片粘贴在聚乙烯等绝缘板上实现布置。

图4(a)-(e)为高压开关柜箱壁一体式特高频传感器安装方法，主要分5个步骤，具体如下(更换或拆除也可参照)：

步骤1，电缆芯线12和屏蔽层(接地)分别与第二金属贴片3和第一金属贴片2的馈电点7完成导通性良好焊接；

步骤2，第一金属贴片2和第二金属贴片3与带通孔的绝缘板1进行平面牢固粘贴；

步骤3，绝缘板1平面牢固粘贴开关柜箱壁5的内壁，第二通孔14、间隙和第一通孔13同轴；

步骤4，合适尺寸的绝缘罩4将步骤3形成的部件利用4个绝缘螺栓进行绝缘密封及可靠连接；

步骤5，同轴电缆接头6与带同轴电缆的接头8进行螺纹连接后，利用4个金属螺栓将同轴电缆接头6与高压开关柜箱壁5的外壁进行可靠安装，安装前同轴电缆接头6对应的高压开关柜箱壁5外壁的绝缘油漆需刮除干净，确保同轴电缆接头6的屏蔽层(接地)与高压开关柜箱壁5导通性可靠连接，从而实现互补偶极子双贴片型天线的工作接地。

图5和图6为高压开关柜箱壁一体式特高频传感器的方向图和驻波比图，加工后测定尺寸参数如下：铜贴片长度5cm、宽度10cm、厚度5mm，2个铜贴片间隙距离1cm，绝缘板(聚乙烯)厚度1cm。

图7(a)-(d)为高压开关柜箱壁一体式特高频传感器在不同加压条件下(弱至强)对设置缺陷的单个放电检测时域信号。

Claims (10)

1.一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，包括绝缘罩(4)，以及绝缘板(1)和金属贴片组件，所述金属贴片组件包括相同的第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)，所述绝缘板(1)的一面连接开关柜箱壁(5)的内壁，另一面对称连接第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)，所述绝缘板(1)、第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)置于绝缘罩(4)与开关柜箱壁(5)形成的腔体，所述第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)之间形成间隙，所述绝缘板(1)设有第一通孔(13)，开关柜箱壁(5)设有第二通孔(14)，所述间隙、第一通孔(13)和第二通孔(14)同轴，同轴电缆(11)的一端分别导通连接第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)，另一端依次通过间隙、第一通孔(13)和第二通孔(14)导通连接同轴电缆接头(6)，所述同轴电缆接头(6)与开关柜箱壁(5)导通连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述的第一金属贴片(2)为铜贴片，所述的第二金属贴片(3)为铜贴片。

3.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述绝缘板(1)分别与第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)粘接。

4.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述的绝缘板(1)为聚乙烯绝缘板。

5.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，同轴电缆(11)包括电缆芯线(12)和围绕电缆芯线(12)的屏蔽层，所述电缆芯线(12)的一端连接第二金属贴片(3)，所述屏蔽层的一端连接第一金属贴片(2)。

6.根据权利要求5所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述电缆芯线(12)的一端与第二金属贴片(3)焊接。

7.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述绝缘板(1)与开关柜箱壁(5)的内壁粘接。

8.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述的同轴电缆接头(6)与开关柜箱壁(5)通过金属螺栓连接。

9.根据权利要求1所述的一种高压开关柜箱壁一体式特高频传感器，其特征在于，所述的绝缘罩(4)与开关柜箱壁(5)通过绝缘螺栓连接。

10.一种权利要求1-9任一所述高压开关柜箱壁一体式特高频传感器的安装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1：同轴电缆(11)的一端分别与第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)的馈电点(7)导通连接；

步骤S2：绝缘板(1)的一面对称连接第一金属贴片(2)和第二金属贴片(3)，间隙与第一通孔(13)同轴；

步骤S3：绝缘板(1)的另一面连接开关柜箱壁(5)的内壁，第二通孔(14)、间隙和第一通孔(13)同轴；

步骤S4：绝缘罩(4)绝缘连接开关柜箱壁(5)；

步骤S5：同轴电缆(11)的另一端导通连接第一同轴电缆接头(6)；

步骤S6：同轴电缆接头(6)与高压开关柜箱壁(5)导通连接。

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