用于GIS局部放电的树状分形超宽带天线

为检测气体绝缘开关设备(GIS)局部放电的超高频(UHF)信号,基于分形技术设计了一种超宽带小型天线。对天线的几何参数进行了优化仿真。该天线的回波损耗(S11)小于10 dB带宽为0.5~1.5 GHz(相对带宽为100%),在频带内方向性良好,能够实现全向辐射;天线具有较高增益,在0.5~1 GHz频带内方向图主瓣增益为2~4 dB;天线尺寸较小,实际尺寸为200、160、1.6 mm。搭建了模拟局部放电的实验平台,对研制的天线进行测试,结果表明,基于树状分形超宽带天线的UHF局放检测系统抗干扰能力强,可用于GIS现场局部放电检测。     

特高频天线的局部放电时域特性分析

局部放电时域信号的分析是判断放电类型和严重程度的重要手段,而目前普遍采用频域参数作为特高频(UHF)检测天线特性的评判标准,该方法无法评判天线时域上的脉冲响应特性。文中基于天线互易定理,建立了局部放电UHF天线时域特性测量系统,提出了基于振荡时间、相关系数和首波能量比3种参数的天线时域特性评价方法。对加脊喇叭天线、Vivaldi天线、微带天线和螺旋天线和4种典型超宽带UHF天线的时域特性进行测试,结果表明,加脊喇叭天线和Vivaldi天线具有较好的时域特性,能够最大程度的保留脉冲源信号的特征量。通过模拟局部放电试验验证各天线脉冲响应试验结果,表明加脊喇叭天线和Vivaldi天线适用于在局部放电检测。     

用于电气设备局部放电超高频信号监测的0.4~1GHz分形天线

为检测电气设备局部放电的超高频(UHF)信号,设计了一种新型超宽带分形天线。该天线融合了分形技术与共面波导技术,从而具有超宽带的特性。对天线的几何参数进行了优化仿真,结果表明:该天线的电压驻波比(VSWR)2的频带范围为0.4~1 GHz,在频带内方向性良好,能够实现全向辐射;天线具有较高增益,在0.4~1 GHz频带内平均增益约为1.5 dB;天线尺寸较小,厚度仅为1 mm。搭建了相应的试验平台,对天线的实际应用效果进行了测试,结果表明:所设计的天线具有高增益、高信噪比,可以有效地检测到0.4~1 GHz频带内的超高频信号。因此这种天线在电气设备局部放电在线监测领域具有一定的应用前景。     

GIS局部放电检测用小型化平面螺旋天线研究

随着变电站中气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的广泛应用,局部放电检测逐渐成为发现故障隐患的重要手段。基于超高频(UHF)局部放电的检测原理,设计了一种工作于UHF频段的小型化天线。该天线基于传统阿基米德平面螺旋天线,利用一种振幅随着幅角线性增加的新型正弦波加载方式对天线进行进一步的小型化处理。通过HFSS软件进行仿真和试验验证,结果表明该天线在端口性能、方向性能以及增益等方面均满足局部放电检测的要求;同时天线尺寸较小,使用时易于安装,后续在GIS设备局部放电现场检测中有较大应用前景。     

基于曲流技术的超宽带单极子局部放电检测天线设计

电气设备局部放电是衡量电气设备绝缘性能的重要指标,电气设备发生局部放电过程中会产生超高频(UHF)电磁波信号(频率范围0.3 ～3 GHz),而该UHF信号能量集中于0.5 ～ 1.5 GHz频段.为检测该信号,受到通信上UWB天线广泛使用的单极子贴片天线启发,研发了超宽带单极子贴片天线.该天线主要使用了曲流技术,从而...     

非接触式局部放电检测天线的设计和优化研究

为实现基于超高频（UHF）法非接触式检测一定范围内电气设备局部放电（PD）,需要研制合适的天线作为超高频（UHF）传感器。锥形天线具有宽频带、高增益和水平面（H面）全向性的特点,文章选取该型天线进行分析,研究其尺寸参数对天线性能的影响,得出该天线的设计规律。通过天线性能分析再结合PD检测的要求,最终选择锥高30cm、锥角45°的锥形天线作为非接触式PD检测的UHF传感器。经测试该天线频带为200MHz~2GHz以上,在200MHz~2GHz频带内平均增益达4.5dB以上,在对较远距离外模拟放电信号的接收试验中表现出良好的UHF信号接收能力,完全达到设计要求。基于该天线可以开发出固定式或车载式PD监测系统,该系统可以监测整个变电站设备PD情况并且其工作时不与设备发生接触。     

超小型内置柔性宽频带UHF单极子天线传感技术

特高频(ultra high frequency,UHF)法是电力设备局部放电(partial discharge,PD)绝缘缺陷常用的检测方法，在内置安装空间受限的情况下保证UHF天线具有良好的PD高频电磁波信号感知性能至关重要，基于聚亚酰胺(polyimide,PI)柔性基底设计了一种小型化UHF单极子天线，尺寸仅为58 mm×36.8 mm×0.3 mm，相较于传统单极子天线结构缩小了50.4%，并且通过对辐射区镂空和弯折处理改善了天线的低频性能。仿真和实测表明，设计的柔性天线在绝缘油和SF6绝缘气体中的有效带宽分别达到360 MHz～2.35 GHz与440 MHz～1.78 GHz，可全向接收PDUHF信号且弯曲形变后天线能保持良好的辐射性能。最后，搭建220kV真型气体绝缘组合电器和变压器PD模拟实验平台，对柔性天线在不同绝缘缺陷下的PD检测性能进行实测。结果表明，柔性天线内置后能有效检测到低放电量下的PD UHF信号，具有较高的灵敏度，可满足电力设备PD检测需求。     

基于曲流技术和遗传算法的局部放电检测微带天线

基于微带天线原理设计了一种新型全向型局部放电特高频天线传感器。采用曲流技术对微带天线结构进行改进,增加天线的工作带宽。采用遗传算法对改进结构参数进行优化设计,使天线工作带宽达到最高。改进型微带天线的工作带宽为450 MHz~2 800 MHz,覆盖了局部放电特高频信号的主要频率范围。同时天线具有体积小、近似全向测量、增益高和灵敏度高的优点。模拟绝缘缺陷局部放电检测试验结果表明,该型天线可以有效检测典型局部放电特高频信号,满足变电站现场局部放电检测要求。     

电力设备局部放电超高频信号检测用新型微带天线

从研究传统开槽微带天线出发,在分析了影响开槽微带天线性能的各项参数的基础上,设计了一种可用于电力设备局部放电超高频信号检测的新型半U型槽微带天线。相比传统微带天线,设计的微带天线传感器的带宽从几十MHz扩展到200MHz以上,同时为了适应电力设备超高频检测的需求,天线的尺寸也缩减为相同中心频率微带天线的1/4。研制的天线传感器主要工作频段为670~839MHz,增益为2.39d B。最后通过相关实验检测了天线的检测性能,论证了设计的传感器用于电力设备局部放电超高频信号检测的可行性。     

一种超宽带,低交叉极化,低剖面的相控阵天线单元设计

针对传统Vivaldi天线非主平面扫描时交叉极化恶化的问题,设计了一种可用于工程实际生产的超宽带天线单元对其进行优化。该天线单元利用沿辐射方向分布的尺寸渐变的金属片替代了传统Vivaldi天线指数渐变的槽线结构,工作频带约为7~16GHz,并显著改善了交叉极化。仿真结果表明,该天线在2.3倍带宽内匹配和辐射性能良好,与传统Vivaldi天线相比在D平面交叉极化优化约25dB,并具有剖面低,结构简单,易于实现等优点,可以作为宽带相控阵单元。     

局部放电检测用超高频天线的设计与性能对比

根据高压电力设备局部放电信号检测的需要,基于PCB技术设计并制作了四种不同原理和结构尺寸的超高频天线,仿真分析了其性能参数,检验所设计天线用于局部放电超高频检测法的可行性。利用矢量网络分析仪测试天线的端口特性,验证了天线的电压驻波比等参数。基于GTEM小室提供标准场,在不同工作频率下分别对四种天线样机的天线系数进行了标定,得到各天线系数的拟合公式与曲线。采用针-板放电模型作为局部放电源,基于脉冲电流法测量参考放电量,对所设计的天线进行了局部放电测试实验,采集天线接收到的局放信号波形。仿真和实验结果表明微带天线与缝隙天线工作带宽和增益较低;偶极子天线与螺旋天线在工作频带内损耗低、增益高、阻抗匹配效果较好,检测局部放电信号的效果良好。     

超高频法提取方波脉冲下的局部放电信号

设计了一种用于检测局部放电信号的套筒单极子天线传感器,并对其结构和性能进行了分析。通过天线参数的优化设计,改变输入阻抗,得到满足检测要求的驻波比(VSWA<2)和带宽特性(400~1 100 MHz)。同时研制了一套方波陡脉冲电压下的局部放电测试系统,并用该系统对纳米耐电晕聚酰亚胺薄膜进行局部放电测试。结果表明:该套筒单极子天线传感器适用于局部放电信号的提取,该方波陡脉冲电压下的局部放电测试系统具有较好的信噪比和灵敏性,能够达到检测绝缘状况的要求。     

基于HFSS的Hilbert分形天线分导线段设计

对采集变压器局部放电超高频信号的四阶Hilbert分形天线进行重新建模和设计,以达到更好的效果。首先分析天线的三种导线段在采集信号过程中的作用,并以导线段为单元,基于HFSS对天线重新建立模型,将三种导线段长度、介质厚度、介电常数和导线宽度六个变量应用SNLP算法优化。优化结果显示,0.3 GHz~3 GHz超高频范围内,谐振频率点达到四个,并将0.3 GHz~1 GHz范围内的通频带拓宽整合为超过500 MHz宽带,1 GHz以上的三个通频带也均超过450 MHz,且方向性良好,增益参数也有了很大程度的改善。所述特性经过试验验证。天线尺寸较小,可以置于变压器箱体内,能很好地应用于油浸式变压器局部放电超高频信号的采集。     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

检测气体绝缘组合电器局部放电的四频段微带单极子特高频天线设计

针对用于气体绝缘组合电器(GIS)局部放电特高频(UHF)在线监测的天线传感器应具有宽频带、高增益和小尺寸等性能要求,设计了一种外置小型四频段微带单极子特高频天线传感器。采用多个辐射单元技术,展宽了特高频天线的检测频段,实现了传感器的多频信号传感特性,运用HFSS仿真软件对天线结构尺寸进行优化设计,选取一组最优参数进行特高频天线实物制作。理论计算和实验室天线特性实测表明,研制的外置四频段微带单极子特高频天线性能优异,在实验室GIS装置上,用已有的微带贴片特高频天线与所设计的特高频天线传感器对模拟缺陷产生的局放信号进行了对比检测,进一步证明了微带单极子特高频天线具有良好的检测灵敏度。     

一种用于GIS超高频检测的滤波器

为提高使用外置天线的GIS超高频检测系统的信噪比,设计了一种工作频带300~1000MHz的微带线带通滤波器。根据微带线滤波器设计原理,确定滤波器类型、结构和级数,利用先进的EDA仿真工具进行结构仿真和优化并提出了一种减小滤波器尺寸的方法。特性曲线和实测性能表明,该滤波放大器能抑制低频干扰信号,放大局放信号,提高信噪比,从而满足了UHF微弱信号滤波预处理要求。     

The excitation of UHF signals by partial discharges in GIS

The fundamental theory of the UHF method for detecting partial discharge (PD) in gas insulated substations (GIS) is presented. The effects of position, size, current amplitude and pulse shape of the PD source on the UHF signal can be predicted using this theory. Excitation of propagating electromagnetic waves by a PD current pulse within the coaxial waveguides formed by GIS components is explained by making use of dyadic Green's functions for the electric fields of propagating modes. Experiments with a coaxial test chamber are used to verify the theoretical predictions, and comparisons are made between measured and simulated UHF signals. Some implications for the UHF measurement of PD are discussed, together with positioning and sensitivity requirements for UHF couplers. A scheme is proposed for standardizing PD measurements made using the UHF technique