一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器的制造方法
【專利說明】一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器
[0001]
技術(shù)領域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,屬電力設備絕緣在線檢測技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0003]高壓電氣設備在發(fā)生絕緣介質(zhì)擊穿之前往往表現(xiàn)為局部放電(簡稱局放)的逐步發(fā)展和增強,絕緣故障常常起源于局放造成的絕緣劣化。局放是絕緣發(fā)生劣化的重要征兆,絕緣的劣化程度越高,局放活動越強烈;同時局放也是導致絕緣進一步劣化的重要原因。
[0004]當局部放電在電氣設備內(nèi)部很小的范圍內(nèi)發(fā)生時,擊穿過程很快,將產(chǎn)生很陸的脈沖電流,其上升時間為ns級,并激發(fā)頻率高達數(shù)百MHz及以上的電磁波。特高頻檢測法是通過檢測從電氣設備內(nèi)部泄漏出來的特高頻電磁信號,判斷電氣設備內(nèi)部的缺陷情況。由于特高頻檢測法能有效避開了現(xiàn)場低頻電暈干擾,近年來得到研究機構(gòu)、制造廠商及電力系統(tǒng)運行部門廣泛關注和應用。
[0005]傳感器設計是局部放電特高頻檢測法的關鍵技術(shù)。傳感器良好的性能是成功實現(xiàn)高靈敏度局部放電檢測的根本保證。目前,用于局部放電檢測的特高頻傳感器主要有環(huán)形天線、平面螺旋天線、探針式天線等。應用經(jīng)驗表明現(xiàn)有的特高頻傳感器存在以下問題:I)檢測頻帶較窄,損失了較多的局部放電信息;2)體積大,且多采用電纜傳輸信號,檢測不便利;3)增益小,不利于接收微弱的局部放電信號。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的,為了克服現(xiàn)有特高頻天線檢測頻帶窄、體積大等缺點,本發(fā)明提供一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器;該傳感器并具備數(shù)據(jù)處理及傳輸?shù)墓δ堋?br>[0007]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種智能特高頻傳感器,包括封閉式Hilbert分形天線、信號調(diào)理模塊、無線通訊模塊和電源模塊;
所述封閉式Hilbert分形天線,用于接收局部放電激發(fā)的特高頻電磁波信號;
所述信號調(diào)理模塊,用于實現(xiàn)特高頻放電信號濾波、放大、峰值保持及數(shù)據(jù)采集; 所述無線通訊模塊,用于將信號結(jié)果發(fā)射至接收主機;
所述電源模塊,用于信號調(diào)理模塊和無線通訊模塊供電;
所述封閉式Hilbert分形天線連接所述信號調(diào)理模塊;所述信號調(diào)理模塊連接所述無線通訊模塊;所述電源模塊連接信號調(diào)理模塊和無線通訊模塊。
[0008]所述智能特高頻傳感器,其工作原理為:所述封閉式HiIbert分形天線作為接收天線耦合局部放電激發(fā)的特高頻電磁波信號,并傳輸至所述信號調(diào)理模塊;所述信號調(diào)理模塊對所述封閉式Hilbert分形天線耦合的特高頻信號處理,濾處干擾信號并將信號放大,然后通過包絡檢波方式獲取信號的峰值電壓,最后完成數(shù)據(jù)采集并傳送至所述無線通訊模塊;所述無線通訊模塊通過WIFI方式將信號發(fā)送至主機。
[0009]進一步,所述封閉式HiIbert分形天線包括導線貼片、介質(zhì)基底、接地層和饋電探針。所述導線貼片敷設在介質(zhì)基底的上表面;所述接地層敷設在介質(zhì)基底的下表面;所述導線貼片通過饋電探針饋電。
[0010]進一步,所述導線貼片包括首尾相連而成的封閉輻射臂,所述輻射臂根據(jù)三階Hi Ibert分形曲線進行設置;所述輻射臂設置有饋電點,所述饋電點位置設置在最接近于所述輻射臂的幾何中心點處的導線段上。
[0011 ]進一步,所述導線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面為矩形面。
[0012]進一步,所述導線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面的邊長為76mm;所述輻射臂的寬度為2mm;所述輻射臂的間距為2mm。
[0013]進一步,所述介質(zhì)基底為TaconicRF-35介質(zhì)板,其介電常數(shù)為3.5;所述介質(zhì)基底的厚度5mm,所述介質(zhì)基底邊長為86mm。
[0014]進一步,所述信號調(diào)理模塊包含放大濾波單元、峰值保持單元和數(shù)據(jù)采集單元;放大濾波單元將封閉式Hi Ibert分形天線送來的信號進行放大濾波,送至峰值保持單元通過包絡檢波方式獲得放電信號的峰值電壓,再送至數(shù)據(jù)采集單元,采集完成后的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線通訊模塊。
[0015]進一步,所述放大濾波單元由帶通濾波器及低噪聲放大器組成,所述帶通濾波器具備濾除手機干擾信號功能。
[0016]進一步,所述無線通訊模塊采用WIFI無線發(fā)射模塊。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明傳感器在300MHz到1.0GHz范圍內(nèi)具有多個檢測頻帶,阻抗帶寬(VSWR〈5)可達80%,能夠記錄局部放電的大部分信息,不會造成遺漏情形。本發(fā)明傳感器信號半功率波束角度寬,全方向內(nèi)方向性差異小。能有效接收來自正前方的局部放電信號,檢測靈敏度高。本發(fā)明傳感器具備數(shù)據(jù)處理功能,可對特高頻放電信號進行降頻處理,并保留其峰值相位特征,降低了數(shù)據(jù)采集成本。本發(fā)明傳感器采用無線通訊,不需要有線連接,提高檢測安全性與便利性。
【附圖說明】
[0018]圖1是智能特高頻傳感器原理框圖;
圖2是封閉式Hilbert分形天線結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是改進的3階Hilbert分形曲線,即所述的導線貼片圖4是本發(fā)明的實測駐波比圖;
圖5是本發(fā)明的實測方向圖,其中(a)為653MHz處phi=0°方向圖,(b)為653MHz處phi =90°方向圖;
圖中,I是封閉式Hilbert分形天線,2是信號調(diào)理模塊,3是無線通訊模塊,4是電源模塊,5是放大濾波單元,6是峰值保持單元,7是數(shù)據(jù)采集單元,8是導線貼片,9是介質(zhì)基底,10是接地層,11是饋電探針,12是封閉式Hi Ibert分形輻射臂,13是饋電點。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例,進一步闡述本發(fā)明。
[0020]本實施例智能特高頻傳感器設置有連接于封閉Hilbert分形天線I信號輸出的信號調(diào)理模塊2、無線通訊模塊3和電源模塊4,如圖1所示。
[0021]信號調(diào)理模塊2包括放大濾波單元5、峰值保持單元6和數(shù)據(jù)采集單元7。放大濾波單元用來濾除干擾,并放大信號,由帶通濾波器及低噪聲放大器組成。由于手機干擾頻率在特高頻檢測頻帶內(nèi),需采用陷波器濾除。因此,帶通濾波器由低通、高通濾波器和陷波器級聯(lián)而成,可選用橢圓函數(shù)濾波器原型。低噪聲放大器由場效應晶體管、輸入輸出匹配網(wǎng)絡、電源濾波、直流偏置等組成。
[0022]數(shù)據(jù)采集單元最高采樣率為50MHz,A/D分辨率為12bit。采集完成后的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線通訊模塊。
[0023]無線通訊模塊采用基于WIFI原理的無線信號發(fā)射模塊,通過WIFI方式將信號發(fā)送至主機。
[0024]圖2為所示封閉式HiIbert分形天線結(jié)構(gòu)示意圖;封閉式Hi Ibert分形天線包括導線貼片8、介質(zhì)基底9、接地層10和饋電探針11;在介質(zhì)基底9上表面,敷設有導線貼片8;接地層10敷設在介質(zhì)基底9的下表面;所述導線貼片通過饋電探針11饋電。
[0025]封閉Hilbert分形天線檢測的特高頻放電信號頻率很高,受數(shù)據(jù)采集和存儲的限制,難以實時觀測信號原始波形。所述峰值保持單元采用高頻檢波二極管通過包絡檢波方式獲得放電信號的峰值電壓,并延拓信號持續(xù)時間寬度,以滿足一般數(shù)字采集系統(tǒng)的要求。
[0026]圖3為改進的3階Hilbert分形曲線,即所述的導線貼片,所述饋電點13位于最接近于所述輻射臂12的幾何中心點處的導線段上;圖4和圖5為天線導線貼片覆蓋面邊長為76mm,福射臂寬度為2mm,福射臂間距為2mm,介質(zhì)基底為Taconic RF-35介質(zhì)板,介質(zhì)基底邊長取值86mm,介質(zhì)基底厚度為5mm時,天線的實測駐波比圖和方向圖;其中圖5(a)為653MHz處phi=0°方向圖,圖5(b)為653MHz處phi=90°方向圖。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例,并不用于限制本發(fā)明,顯然,本領域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,包括: 封閉式Hilbert分形天線,用于接收局部放電激發(fā)的特高頻電磁波信號; 信號調(diào)理模塊,用于實現(xiàn)特高頻放電信號濾波、放大、峰值保持及數(shù)據(jù)采集; 無線通訊模塊,用于將信號結(jié)果發(fā)射至接收主機; 電源模塊,用于信號調(diào)理模塊和無線通訊模塊供電; 所述封閉式Hilbert分形天線連接所述信號調(diào)理模塊;所述信號調(diào)理模塊連接所述無線通訊模塊;所述電源模塊連接信號調(diào)理模塊和無線通訊模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述封閉式Hilbert分形天線包括導線貼片、介質(zhì)基底、接地層和饋電探針;所述導線貼片敷設在介質(zhì)基底的上表面;所述接地層敷設在介質(zhì)基底的下表面;所述導線貼片通過饋電探針饋電。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述導線貼片包括首尾相連而成的封閉式輻射臂,所述輻射臂根據(jù)三階Hilbert分形曲線進行設置;所述輻射臂設置有饋電點,所述饋電點位置設置在最接近于所述輻射臂的幾何中心點處的導線段上。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述導線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面為矩形面。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述導線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面的邊長為76mm;所述輻射臂的寬度為2mm;所述福射臂的間距為2mm;所述介質(zhì)基底為Taconic RF-35介質(zhì)板,其介電常數(shù)為3.5;所述介質(zhì)基底的厚度5mm,所述介質(zhì)基底邊長為86mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述信號調(diào)理模塊包括放大濾波單元、峰值保持單元和數(shù)據(jù)采集單元;放大濾波單元將封閉式Hilbert分形天線送來的信號進行放大濾波,送至峰值保持單元通過包絡檢波方式獲得放電信號的峰值電壓,再送至數(shù)據(jù)采集單元,采集完成后的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線通訊模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述放大濾波單元由帶通濾波器及低噪聲放大器組成;所述帶通濾波器具備濾除手機干擾信號功能。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,其特征在于,所述無線通訊模塊采用WIFI無線發(fā)射模塊。
【專利摘要】一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器,包含封閉式Hilbert分形天線、信號調(diào)理模塊、無線通訊模塊和電源模塊。所述封閉式Hilbert分形天線包含導線貼片、介質(zhì)基底、接地層和饋電探針。所述導線貼片是根據(jù)三階Hilbert分形曲線改進設計而成的,包含首尾相連而成的封閉式輻射臂。所述信號調(diào)理模塊包含放大濾波單元、峰值保持單元和數(shù)據(jù)采集單元。所述無線通訊模塊采用WIFI無線發(fā)射模塊。本發(fā)明適用于高壓開關柜、變壓器、電力電纜、GIS設備等電氣設備內(nèi)部局部放電檢測。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號】CN105606971
【申請?zhí)枴緾N201610098754
【發(fā)明人】王鵬, 劉明軍, 李唐兵, 劉玉婷
【申請人】國網(wǎng)江西省電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年2月24日