[发明专利]电气设备局部放电超高频天线传感器

说明书

技术领域

本发明属于电气设备绝缘状态在线监测技术领域，具体涉及一种电气设备局部放电超高频天线传感器。 

背景技术

近年来，随着电力系统电压等级的不断提高，电网规模不断扩大，确保电气设备绝缘安全已经成为保障系统安全运行的重要前提。目前，电力运行部门是将大型电气设备的局部放电测量安排在绝缘预防性试验中进行。实践证明，定期预防性试验和维修对减少及防止事故发生起到了很好的作用，但仍然存在很多不足之处。因此，目前以在线监测及故障诊断为基础的状态维修得到了迅速发展。在线监测及故障诊断技术广泛应用了电子、计算机、传感、现代信号处理、光电以及通信等技术，对电气设备进行在线的状态监测，及时获取绝缘状况信息，并对这些信息进行处理和综合分析，对绝缘的可靠性作出判断和对绝缘寿命作出预测。状态维修避免了预防性维修可能对设备造成的过度维修，节省了人力和物力，减少了电气设备试验和维修的盲目性。 

在电场作用下，绝缘结构中只有局部区域发生放电，而不是大面积或贯穿整个导体的放电，这种现象称之为局部放电。局部放电伴随有一个脉冲电流的产生，其上升沿能达到的纳秒级，因此其产生的放电脉冲信号的频带是很宽的，等效频率可达到GHz。超高频法是检测局部放电所激发的超高频段（300MHz-3GHz）的电磁波信号，用以判断电气设备绝缘状况。选择这个频段的目的是通常情况下电气设备所处电磁环境中的电磁干扰（如无线电广播、电力网的载波通信、电晕放电等）的频带都是在300MHz以下，这样的话超高频法就 能避开这些常见的电磁干扰，使得该方法具有较强的抗干扰性。此外，该方式还具有灵敏度高，准确性好的特点。 

超高频天线作为接收局部放电所产生的电磁波信号的传感器，是超高频监测系统的主要组成部分，其性能的好坏也直接决定了超高频信号后期提取和识别的难易程度，而性能较好的超高频天线传感器应具有频带宽、驻波比小、增益大、方向性好的特点。除此之外，还应具有合理的尺寸和形状，其安装不能影响设备内部的绝缘完整性。 

现有检测电气设备的局部放电超高频天线传感器在尺寸和增益特性方面不尽人意，如2009年9月9日的公开号CN101527221A的“一种外置式的GIS局部放电的超高频监测传感器”专利，公开的传感器由电介质本体和两个电极板组成，其电介质本体由上底面为矩阵、下底面为内弧面的四棱锥台，以及与四棱锥台上底面相连为一体的长方形组成，其两个电极板分别贴附在四棱锥台的两个底边为弧线的侧面上，并延伸至所述长方形的相应矩形面上。该天线传感器的主要缺点是：①该天线传感器外围结构是为安装在GIS盆式绝缘子外侧而设计，结构较为复杂，体积较大，不适于安装在电气设备内部；②该天线传感器是外置式传感器，由于电磁波的屏蔽效应以及天线传感器本身的增益不大，使得该天线传感器灵敏度较低，不能捕捉到电气设备微弱的局部放电信号。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电气设备局部放电超高频天线传感器，具有尺寸小，抗干扰能力强，频带宽，增益大，灵敏度高，方向性好等特点，确保电气设备安全运行。 

本发明提供了一种电气设备局部放电超高频天线传感器，包括天线辐射层、共面波导馈电层、电介质层、同轴接头和金属安装件,所述天线辐射层敷设在所述电介质层上表面,所述共面波导馈电层包括馈线与接地层两部分，所述接地层对称地分布在馈线两侧，所述接地层由完全对称的两矩形组成，且矩形接地层的下边界与所述电介质层下边界对齐，所述同轴接头与所述馈线焊接，用来接 收馈线传输的信号，所述金属安装件与所述电介质层固定在一起，且所述同轴接头固定在所述金属安装件。 

进一步，所述电介质层的材料为相对介电常数为4.4环氧树脂，所述电介质层的形状为正方形，其边长为250mm，厚度为1mm，用以作为绝缘层。 

进一步，所述天线辐射层的材料为厚度为5μm-50μm的铜或铝或银，且所述天线辐射层的外围小于电介质层2mm-10mm，且在所述的天线辐射层的上表面镀有厚度为3-12μm的锡层。 

进一步，所述天线辐射层的分形步骤包括：步骤S11、圆1与其内接正方形缩小0.4-0.7倍后的正方形1相减所得图形，为所述的0阶分形天线；步骤S12、正方形1的内切圆缩小0.4-0.7倍后得到圆2，圆2与其内接正方形缩小0.4-0.7倍后的正方形2相减所得图形，为所述的1阶分形天线；步骤S13、正方形2的内切圆缩小0.4-0.7倍后得到圆3，圆3与其内接正方形缩小0.4-0.8倍后的正方形3相减所得图形，为2阶分形天线。