[发明专利]一种特高频局部放电传感器的通用设计优化方法

说明书

本发明涉及一种特高频局部放电传感器的通用设计、优化和测试方法。步骤为1）确定传感器设计带宽；2）确定能够实现该带宽的传感器结构形式；3）对传感器的加工材料参数，进行仿真对比分析；4）设计阻抗变换器并确定阻抗变换器的参数；5）确定传感器所有相关参数的最终取值，得到传感器整体模型；6）对传感器整体模型进行仿真验证；7）选择感器实物模型的重点关注参数利用仪器设备进行参数测试；8）利用放电模型对传感器实物模型进行性能测试；对传感器实物模型进行最终测试；10）综合以上步骤中仿真和测试结果总结出的优化改进经验，完成最终的传感器。本发明是一种更加科学、合理和通用的优化设计方法予以规范，解决实际应用中的问题。

技术领域

本发明涉及局部放电检测领域，具体涉及一种特高频局部放电传感器的通用设计优化方法。

背景技术

电力设备安全可靠的运行是整个电力系统稳定的根本保证。但因制造、运输、现场装配、运行和维护检修等多种因素影响，变压器、断路器、开关柜、电力电缆等输变电设备不可避免的存在一些对绝缘性能产生威胁的绝缘缺陷。导致电力设备绝缘故障的绝缘缺陷在早期常产生局部放电现象。电力设备中的局部放电是绝缘介质中的一种电气放电现象，主要由设备绝缘中存在局部缺陷的薄弱部位引发。缺陷处会产生极不均匀的电场分布，导致绝缘强度降低。在工频交变电场作用下，当局部电场强度达到介质本征击穿场强时，则介质局部击穿而形成局部放电。这种放电发生在介质中的一部分而使导体间的绝缘局部桥接，通常情况下不会立即引发绝缘穿透性击穿，但可导致电介质特别是环氧材料等有机电介质的局部损坏。同时，局部放电的电腐蚀能够造成绝缘缺陷范围的进一步扩大，最终导致贯通性的绝缘破坏。

局部放电是反映绝缘性能的重要参数，它不仅是电力设备绝缘劣化的先兆和表现形式，也是引起绝缘进一步劣化的诱因。局部放电若长期存在会使电力设备的电气绝缘性能降低，在一定条件下可产生沿面闪络甚至发展成为剧烈燃烧的电弧，最终导致绝缘故障发生。一旦电力设备出现事故，通常会导致停电发生，必将造成严重的经济损失和社会影响。而采用适当的方法检测电力设备内部的局部放电是判断设备绝缘长期可靠性的一种有效手段，可及时发现早期潜在危险从而预防事故的发生。通过局部放电来研究电力设备内部绝缘故障的原因及其严重程度，还能够对设备的绝缘状态以及寿命进行评估和预测。

在众多的局部放电检测方法中，特高频法(ultra high frequency，特高频)以其灵敏度高、易于实现在线监测等优点获得了广泛的应用。其原理是：电力设备中绝缘部件的绝缘强度和击穿场强都较高，当很小的介质范围内发生短暂的局部击穿时，会产生一个纳秒级的脉冲电流。这种脉冲具有非常短的上升时间，能激励出具有特高频带范围(300MHz-3GHz)甚至更高频率成分的电磁波，并从放电源处逐渐传播开来。特高频法的原理就是利用一个特高频传感器接收这种由局部放电陡脉冲所激发并传播的特高频信号从而获得局部放电的有关信息。在特高频法中，局部放电特高频传感器(也称耦合器)是整个局部放电检测系统的核心部件，要求具有超宽工作频率范围，它对检测频段、灵敏度以及检测系统的准确性起着至关重要的作用，其性能决定了整个系统对局部放电的检测能力。实际传感器设计中需考虑传感器性能参数的影响、与传输线之间在超宽频带内的阻抗匹配、传感器尺寸及安装方式等方面，同时结合实际检测的需求并按照统一的标准进行规范化的设计。