一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器的制造方法
【專利說(shuō)明】一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，屬電力設(shè)備絕緣在線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]高壓電氣設(shè)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(jiǎn)稱局放)的逐步發(fā)展和增強(qiáng)，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(dòng)越強(qiáng)烈；同時(shí)局放也是導(dǎo)致絕緣進(jìn)一步劣化的重要原因。
[0004]當(dāng)局部放電在電氣設(shè)備內(nèi)部很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，擊穿過(guò)程很快，將產(chǎn)生很陸的脈沖電流，其上升時(shí)間為ns級(jí)，并激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz及以上的電磁波。特高頻檢測(cè)法是通過(guò)檢測(cè)從電氣設(shè)備內(nèi)部泄漏出來(lái)的特高頻電磁信號(hào)，判斷電氣設(shè)備內(nèi)部的缺陷情況。由于特高頻檢測(cè)法能有效避開了現(xiàn)場(chǎng)低頻電暈干擾，近年來(lái)得到研究機(jī)構(gòu)、制造廠商及電力系統(tǒng)運(yùn)行部門廣泛關(guān)注和應(yīng)用。
[0005]傳感器設(shè)計(jì)是局部放電特高頻檢測(cè)法的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器良好的性能是成功實(shí)現(xiàn)高靈敏度局部放電檢測(cè)的根本保證。目前，用于局部放電檢測(cè)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明現(xiàn)有的特高頻傳感器存在以下問(wèn)題:I)檢測(cè)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(hào)，檢測(cè)不便利;3)增益小，不利于接收微弱的局部放電信號(hào)。

【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(cè)頻帶窄、體積大等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)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(shí)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(hào)調(diào)理模塊、無(wú)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(hào)；
所述信號(hào)調(diào)理模塊，用于實(shí)現(xiàn)特高頻放電信號(hào)濾波、放大、峰值保持及數(shù)據(jù)采集； 所述無(wú)線通訊模塊，用于將信號(hào)結(jié)果發(fā)射至接收主機(jī)；
所述電源模塊，用于信號(hào)調(diào)理模塊和無(wú)線通訊模塊供電；
所述封閉式Hilbert分形天線連接所述信號(hào)調(diào)理模塊;所述信號(hào)調(diào)理模塊連接所述無(wú)線通訊模塊;所述電源模塊連接信號(hào)調(diào)理模塊和無(wú)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(hào)，并傳輸至所述信號(hào)調(diào)理模塊;所述信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)所述封閉式Hilbert分形天線耦合的特高頻信號(hào)處理，濾處干擾信號(hào)并將信號(hào)放大，然后通過(guò)包絡(luò)檢波方式獲取信號(hào)的峰值電壓，最后完成數(shù)據(jù)采集并傳送至所述無(wú)線通訊模塊;所述無(wú)線通訊模塊通過(guò)WIFI方式將信號(hào)發(fā)送至主機(jī)。
[0009]進(jìn)一步，所述封閉式HiIbert分形天線包括導(dǎo)線貼片、介質(zhì)基底、接地層和饋電探針。所述導(dǎo)線貼片敷設(shè)在介質(zhì)基底的上表面;所述接地層敷設(shè)在介質(zhì)基底的下表面;所述導(dǎo)線貼片通過(guò)饋電探針饋電。
[0010]進(jìn)一步，所述導(dǎo)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(jìn)行設(shè)置;所述輻射臂設(shè)置有饋電點(diǎn)，所述饋電點(diǎn)位置設(shè)置在最接近于所述輻射臂的幾何中心點(diǎn)處的導(dǎo)線段上。
[0011 ]進(jìn)一步，所述導(dǎo)線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面為矩形面。
[0012]進(jìn)一步，所述導(dǎo)線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面的邊長(zhǎng)為76mm;所述輻射臂的寬度為2mm;所述輻射臂的間距為2mm。
[0013]進(jìn)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(zhǎng)為86mm。
[0014]進(jìn)一步，所述信號(hào)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(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大濾波，送至峰值保持單元通過(guò)包絡(luò)檢波方式獲得放電信號(hào)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(wú)線通訊模塊。
[0015]進(jìn)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(jī)干擾信號(hào)功能。
[0016]進(jìn)一步，所述無(wú)線通訊模塊采用WIFI無(wú)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(gè)檢測(cè)頻帶，阻抗帶寬(VSWR〈5)可達(dá)80%，能夠記錄局部放電的大部分信息，不會(huì)造成遺漏情形。本發(fā)明傳感器信號(hào)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(lái)自正前方的局部放電信號(hào)，檢測(cè)靈敏度高。本發(fā)明傳感器具備數(shù)據(jù)處理功能，可對(duì)特高頻放電信號(hào)進(jìn)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(wú)線通訊，不需要有線連接，提高檢測(cè)安全性與便利性。
【附圖說(shuō)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(jìn)的3階Hilbert分形曲線，即所述的導(dǎo)線貼片圖4是本發(fā)明的實(shí)測(cè)駐波比圖；
圖5是本發(fā)明的實(shí)測(cè)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(hào)調(diào)理模塊，3是無(wú)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(dǎo)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(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0020]本實(shí)施例智能特高頻傳感器設(shè)置有連接于封閉Hilbert分形天線I信號(hào)輸出的信號(hào)調(diào)理模塊2、無(wú)線通訊模塊3和電源模塊4，如圖1所示。
[0021]信號(hào)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(lái)濾除干擾，并放大信號(hào)，由帶通濾波器及低噪聲放大器組成。由于手機(jī)干擾頻率在特高頻檢測(cè)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(jí)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(chǎng)效應(yīng)晶體管、輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、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(wú)線通訊模塊。
[0023]無(wú)線通訊模塊采用基于WIFI原理的無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊，通過(guò)WIFI方式將信號(hào)發(fā)送至主機(jī)。
[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(dǎo)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(shè)有導(dǎo)線貼片8;接地層10敷設(shè)在介質(zhì)基底9的下表面;所述導(dǎo)線貼片通過(guò)饋電探針11饋電。
[0025]封閉Hilbert分形天線檢測(cè)的特高頻放電信號(hào)頻率很高，受數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的限制，難以實(shí)時(shí)觀測(cè)信號(hào)原始波形。所述峰值保持單元采用高頻檢波二極管通過(guò)包絡(luò)檢波方式獲得放電信號(hào)的峰值電壓，并延拓信號(hào)持續(xù)時(shí)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(jìn)的3階Hilbert分形曲線，即所述的導(dǎo)線貼片，所述饋電點(diǎn)13位于最接近于所述輻射臂12的幾何中心點(diǎn)處的導(dǎo)線段上；圖4和圖5為天線導(dǎo)線貼片覆蓋面邊長(zhǎng)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(zhǎng)取值86mm，介質(zhì)基底厚度為5mm時(shí)，天線的實(shí)測(cè)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(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)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(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)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(hào)； 信號(hào)調(diào)理模塊，用于實(shí)現(xiàn)特高頻放電信號(hào)濾波、放大、峰值保持及數(shù)據(jù)采集； 無(wú)線通訊模塊，用于將信號(hào)結(jié)果發(fā)射至接收主機(jī)； 電源模塊，用于信號(hào)調(diào)理模塊和無(wú)線通訊模塊供電； 所述封閉式Hilbert分形天線連接所述信號(hào)調(diào)理模塊;所述信號(hào)調(diào)理模塊連接所述無(wú)線通訊模塊;所述電源模塊連接信號(hào)調(diào)理模塊和無(wú)線通訊模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)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(dǎo)線貼片、介質(zhì)基底、接地層和饋電探針;所述導(dǎo)線貼片敷設(shè)在介質(zhì)基底的上表面;所述接地層敷設(shè)在介質(zhì)基底的下表面;所述導(dǎo)線貼片通過(guò)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(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)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(jìn)行設(shè)置;所述輻射臂設(shè)置有饋電點(diǎn)，所述饋電點(diǎn)位置設(shè)置在最接近于所述輻射臂的幾何中心點(diǎn)處的導(dǎo)線段上。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)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(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)線貼片在介質(zhì)基底上的覆蓋面的邊長(zhǎng)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(zhǎng)為86mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述信號(hào)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(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大濾波，送至峰值保持單元通過(guò)包絡(luò)檢波方式獲得放電信號(hào)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(wú)線通訊模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)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(jī)干擾信號(hào)功能。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述無(wú)線通訊模塊采用WIFI無(wú)線發(fā)射模塊。
【專利摘要】一種用于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的智能特高頻傳感器，包含封閉式Hilbert分形天線、信號(hào)調(diào)理模塊、無(wú)線通訊模塊和電源模塊。所述封閉式Hilbert分形天線包含導(dǎo)線貼片、介質(zhì)基底、接地層和饋電探針。所述導(dǎo)線貼片是根據(jù)三階Hilbert分形曲線改進(jìn)設(shè)計(jì)而成的，包含首尾相連而成的封閉式輻射臂。所述信號(hào)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(wú)線通訊模塊采用WIFI無(wú)線發(fā)射模塊。本發(fā)明適用于高壓開關(guān)柜、變壓器、電力電纜、GIS設(shè)備等電氣設(shè)備內(nèi)部局部放電檢測(cè)。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號(hào)】CN105606971
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610098754
【發(fā)明人】王鵬, 劉明軍, 李唐兵, 劉玉婷
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年2月24日