CN209513967U - 基于天线阵列的局部放电检测设备和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于天线阵列的局部放电检测设备及系统，其中基于天线阵列的局部放电检测设备包括至少两个天线阵列、滤波器、放大器和信号采集器，其中每个天线阵列包括多个阵元天线；所述滤波器的输入端与所述多个阵元天线连接；所述放大器的输入端与所述滤波器的输出端连接；所述信号采集器的输入端与所述放大器的输出端连接，所述信号采集器的输出端用于连接计算机。上述基于天线阵列的局部放电检测设备，由于采用了两个天线阵列中的多个阵元天线，检测由于局部放电产生的特高频电磁波信号，能够根据多个阵元天线测得信号的时间差，准确定位局部放电源的三维位置，提升局部放电检测的准确率。

Description

基于天线阵列的局部放电检测设备和系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种基于天线阵列的局部放电检测设备和系统。

背景技术

在变电站的运行过程中，为了保证设备安全可靠运行，需在变电站设备的运行过程中检测其局部放电缺陷、并定位放电部位。尤其对敞开式高压电气设备而言，由于这些设备的安装位置距离地面高、运行电压高，常用的脉冲电流检测法、超声波检测法等接触式的局部放电检测方法无法应用于这些设备的带电检测，因此目前针对敞开式高压电气设备的局部放电检测方法通常采用特高频局部放电检测方法，即在设备附近的安全区域，测量局部放电发射出来的电磁波信号以感知局部放电现象。特高频局部放电检测方法具有安全可靠性高、灵敏度高的优点。

目前的特高频局部放电检测方法主要是设置一天线阵列，根据特高频信号到达天线阵列的时间计算局部放电位置的方位角，最终确定局部放电位置的平面坐标。这种方法只能进行平面定位，对局部放电位置的定位不够精确。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有特高频基于天线阵列的局部放电检测设备定位不够精确的问题，提供一种精度较高的基于天线阵列的局部放电检测设备及系统。

一种基于天线阵列的局部放电检测设备，其包括：至少两个天线阵列、滤波器、放大器和信号采集器，其中每个天线阵列包括多个阵元天线；滤波器的输入端与多个阵元天线连接；放大器的输入端与滤波器的输出端连接；信号采集器的输入端与放大器的输出端连接，信号采集器的输出端用于连接计算机。

上述基于天线阵列的局部放电检测设备，由于采用了两个天线阵列中的多个阵元天线，检测由于局部放电产生的特高频电磁波信号，能够根据多个阵元天线测得信号的时间差，准确定位局部放电源的三维位置，提升局部放电检测的准确率。

在其中一个实施例中，每个天线阵列包括至少三个阵元天线。这样，能够提升局部放电源位置定位的准确性。

在其中一个实施例中，上述至少两个天线阵列包括第一天线阵列及第二天线阵列；第一天线阵列包括第一阵元天线、第二阵元天线和第三阵元天线，其中第一阵元天线和第二阵元天线的连线与第一阵元天线和第三阵元天线的连线互相垂直；第二天线阵列包括第四阵元天线、第五阵元天线和第六阵元天线，其中第四阵元天线和第五阵元天线的连线与第四阵元天线和第六阵元天线的连线互相垂直。这样，每个天线阵列包括至少三个能构成直角三角形的阵元天线，便于快速计算局部放电源相对上述至少两个天线阵列的方位角和俯仰角，提升局部放电源的定位效率。

在其中一个实施例中，第一阵元天线、第二阵元天线和第三阵元天线所在的第一平面垂直于水平面；第四阵元天线、第五阵元天线和第六阵元天线所在的第二平面垂直于水平面，并且第二平面平行于第一平面。这样，便于确定各阵元天线的坐标，提升局部放电源的定位效率。

在其中一个实施例中，滤波器、放大器和信号采集器分别包括至少六个通道。这样，能够同时对每个阵元天线接收到的特高频电磁波信号进行处理，提升处理效率。

在其中一个实施例中，滤波器和放大器分别包括六个通道；信号采集器包括八个模拟输入通道。

在其中一个实施例中，信号采集器为八通道数字示波器。

在其中一个实施例中，滤波器的输入端通过射频电缆与多个阵元天线连接；放大器的输入端通过射频电缆与滤波器的输出端连接；信号采集器的输入端通过射频电缆与放大器的输出端连接，信号采集器的输出端通过网线连接计算机。

在其中一个实施例中，提供一种局部放电检测系统，其包括计算机以及任一实施例的基于天线阵列的局部放电检测设备，计算机与基于天线阵列的局部放电检测设备中的信号采集器的输出端连接。

在其中一个实施例中，计算机为便携式计算机。这样，便于随时随地进行局部放电检测，提升局部放电检测系统的灵活性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的基于天线阵列的局部放电检测设备的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的局部放电检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

例如，一种基于天线阵列的局部放电检测设备，其包括：至少两个天线阵列，每个天线阵列包括多个阵元天线；滤波器，滤波器的输入端与多个阵元天线连接；放大器，放大器的输入端与滤波器的输出端连接；信号采集器，信号采集器的输入端与放大器的输出端连接，信号采集器的输出端用于连接计算机。

上述基于天线阵列的局部放电检测设备采用了两个天线阵列中的至少六个阵元天线检测由于局部放电产生的特高频电磁波信号，能够根据多个阵元天线测得信号的时间差，准确定位局部放电源的三维位置，提升局部放电检测的准确率。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种基于天线阵列的局部放电检测设备10，该设备10包括至少两个天线阵列101和102、滤波器103、放大器104 以及信号采集器105。其中，每个天线阵列包括多个阵元天线，例如第一天线阵列101包括阵元天线S1-S3，第二天线阵列101包括阵元天线S4-S6；滤波器103 的输入端与上述多个阵元天线连接；放大器104的输入端与滤波器103的输出端连接；信号采集器105的输入端与放大器104的输出端连接，信号采集器105 的输出端用于连接计算机，以根据信号采集器105的输出信号计算局部放电源的位置。

其中，计算机20可以是外部计算机，也可以是基于天线阵列的局部放电检测设备10内置的处理器。

本实施例中，阵元天线S1-S6用于接收电磁波信号。当变电站内存在局部放电源时，局部放电源将发射出特高频电磁波信号，阵元天线则接收该特高频电磁波信号。经过滤波器103的滤波处理、放大器104的放大处理之后，多个阵元天线接收到的多个特高频电磁波信号被信号采集器105同步采集，并输出到计算机进行运算，从而确定局部放电源的位置。由于采用了两个天线阵列中的多个阵元天线检测由于局部放电产生的特高频电磁波信号，能够根据多个阵元天线测得信号的时间差，准确定位局部放电源的三维位置，提升局部放电检测的准确率。

在一个实施例中，每个天线阵列包括至少三个阵元天线；这样，能够记录特高电磁波信号到达不同阵元天线的至少两个时间差，为计算局部放电源相对上述至少两个天线阵列的方位角和俯仰角提供参数，进而能准确定位局部放电源的位置。为了便于计算局部放电源相对上述至少两个天线阵列的方位角和俯仰角提供参数进而能准确定位局部放电源的位置，进一步地，所述天线阵列中，各所述阵元天线的数量为M且M≥4，其中M-1个所述阵元天线排列为正多边形例如正三角形、正方形或正五边形等，剩余一个所述阵元天线设置于所述正多边形的中心位置。这样，有利于记录特高电磁波信号到达不同阵元天线的至少两个具有明显差异时间差，为计算局部放电源相对上述至少两个天线阵列的方位角和俯仰角提供参数，进而能准确定位局部放电源的位置。

为了便于同时对每个阵元天线接收到的特高频电磁波信号进行处理以提升处理效率，在一个实施例中，假设天线阵列的数量为N，每个天线阵列中阵元天线的数量不小于M，则N≥2，M≥3，并且滤波器103、放大器104和信号采集器105分别包括至少N*M个通道。例如，当N＝2并且M＝3时，滤波器、放大器和信号采集器分别包括至少六个通道。例如，滤波器和放大器分别包括六个通道；信号采集器包括八个模拟输入通道。这样，能够同时对每个阵元天线接收到的特高频电磁波信号进行处理，提升处理效率。

在一个实施例中，滤波器103的通带频率范围至少包括300MHz-800MHz，并且阻带衰减程度不小于40dB。相应地，放大器104的工作频率范围至少包括 300MHz-800MHz，并且增益不小于20dB。信号采集器105的模拟带宽不小于 1GHz，在多通道同步采集模式下，每个通道的采样率不低于2.5GS/s。这样能以合适的工作频率对特高频电磁波信号进行采集以供下一步分析计算，从而提升处理效率。

在一个实施例中，信号采集器采用型号为HDO8108A的数字示波器。此示波器包含8个模拟输入通道，垂直分辨率为12bit，模拟带宽不小于1GHz，在多通道同步采集模式下每个通道的采样率为10GS/s。利用信号采集器通道1的信号边沿进行触发，同步采集通道1-通道6的特高频信号。

为了便于快速计算局部放电源相对上述至少两个天线阵列的方位角和俯仰角以提升局部放电源的定位效率，在一个实施例中，上述至少两个天线阵列包括第一天线阵列101及第二天线阵列102；第一天线阵列101包括第一阵元天线 S1、第二阵元天线S2和第三阵元天线S3，其中第一阵元天线S1和第二阵元天线S2的连线与第一阵元天线S1和第三阵元天线S3的连线互相垂直；第二天线阵列102包括第四阵元天线S4、第五阵元天线S5和第六阵元天线S6，其中第四阵元天线S4和第五阵元天线S5的连线与第四阵元天线S4和第六阵元天线 S6的连线互相垂直。这样，每个天线阵列包括至少三个能构成直角三角形的阵元天线，便于快速计算局部放电源相对上述至少两个天线阵列的方位角和俯仰角，提升局部放电源的定位效率。

为了便于确定各阵元天线的坐标以提升局部放电源的定位效率，在一个实施例中，第一阵元天线、第二阵元天线和第三阵元天线所在的第一平面垂直于水平面；第四阵元天线、第五阵元天线和第六阵元天线所在的第二平面垂直于水平面，并且第二平面平行于第一平面。如此，每个天线阵列中的至少三个阵元天线设置于与水平面垂直的平面上。这样，便于确定各阵元天线的坐标，提升局部放电源的定位效率。

在一个实施例中，计算机20采用便携式计算机。基于天线阵列的局部放电检测设备20通过网线或无线网络接口与信号采集器105连接，信号采集器105、放大器104、滤波器103和阵元天线通过射频电缆连接。根据计算机20内安装的已有定位计算软件，记录并计算特高频电磁波信号波形首波时刻、时间差，进而计算方位角、俯仰角，从而定位局部放电源的位置。

在一个实施例中，如图2所示，提供一种局部放电检测系统100，其包括计算机20以及上述任一实施例的基于天线阵列的局部放电检测设备10，其中计算机20与基于天线阵列的局部放电检测设备10中的信号采集器的输出端连接。

在一个实施例中，计算机为便携式计算机，这样，便于随时随地进行局部放电检测，提升局部放电检测系统的灵活性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，包括：

至少两个天线阵列，每个天线阵列包括多个阵元天线；

滤波器，所述滤波器的输入端与所述多个阵元天线连接；

放大器，所述放大器的输入端与所述滤波器的输出端连接；

信号采集器，所述信号采集器的输入端与所述放大器的输出端连接，所述信号采集器的输出端用于连接计算机。

2.根据权利要求1所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，每个天线阵列包括至少三个阵元天线。

3.根据权利要求2所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，所述至少两个天线阵列包括第一天线阵列及第二天线阵列；

所述第一天线阵列包括第一阵元天线、第二阵元天线和第三阵元天线，其中所述第一阵元天线和所述第二阵元天线的连线与所述第一阵元天线和所述第三阵元天线的连线互相垂直；

所述第二天线阵列包括第四阵元天线、第五阵元天线和第六阵元天线，其中所述第四阵元天线和所述第五阵元天线的连线与所述第四阵元天线和所述第六阵元天线的连线互相垂直。

4.根据权利要求3所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于：

所述第一阵元天线、所述第二阵元天线和所述第三阵元天线所在的第一平面垂直于水平面；

所述第四阵元天线、所述第五阵元天线和所述第六阵元天线所在的第二平面垂直于水平面，并且所述第二平面平行于所述第一平面。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，所述滤波器、所述放大器和所述信号采集器分别包括至少六个通道。

6.根据权利要求5所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，所述滤波器和所述放大器分别包括六个通道；

所述信号采集器包括八个模拟输入通道。

7.根据权利要求6所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，所述信号采集器为八通道数字示波器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，其特征在于，

所述滤波器的输入端通过射频电缆与所述多个阵元天线连接；

所述放大器的输入端通过射频电缆与所述滤波器的输出端连接；

所述信号采集器的输入端通过射频电缆与所述放大器的输出端连接，所述信号采集器的输出端通过网线连接计算机。

9.一种局部放电检测系统，其特征在于，包括计算机以及如权利要求1-8中任一项所述的基于天线阵列的局部放电检测设备，所述计算机与所述基于天线阵列的局部放电检测设备中的信号采集器的输出端连接。

10.根据权利要求9所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述计算机为便携式计算机。