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。     

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,从而获得了超宽带特性。使用HFSS软件对天线的几何形状参数进行优化仿真。仿真结果表明:该单极子贴片天线的回波损耗S11<-10dB的频带范围为0.5～1.57 GHz,在频带内具有良好的方向性;天线具有良好的增益,在0.5～1.57 GHz范围内的增益能够达到1.5～2 dB;天线的制作工艺简单,空间占用小,不需要使用额外的阻抗变换器进行阻抗匹配。搭建了模拟电气设备局部放电国产的实验平台,对天线的实际使用效果进行测试,结果表明天线能够有效检测到电气设备局部放电伴随产生的超高频信号。     

基于特高频法检测电气设备局部放电的改进Vivaldi天线

为提高检测变电站电气设备局部放电产生的特高频(UHF)信号的有效性,基于超宽带渐变槽线天线理论,在传统Vivaldi天线的侧边增加渐变槽线和谐振腔后,通过仿真及实测发现,改进后的天线工作频段由1.2~3GHz扩展至0.5~3GHz。同时提高了天线的指向性,而保持工作频段上天线相位中心不变。改进后的天线在工作频段上具有更高的增益和灵敏度,在2GHz时增益达到7.9d Bi,平均灵敏度大于12mm。为验证所设计天线效果,在实验室搭建了基于预制缺陷变压器的试验平台,结果表明所设计的天线可以有效检测到局部放电的UHF信号。与传统Vivaldi天线、加脊TEM喇叭天线和螺旋天线相比,改进Vivaldi天线检测灵敏度较高,脉冲时域响应特性更好,利于进一步的信号分析。     

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。     

检测GIS局部放电的小型化多频带复合天线

为了对气体绝缘全封闭组合电器（GIS）局部放电的超高频信号进行检测,设计了一种用于检测GIS局部放电的多频点宽频复合天线。首先,通过对复合天线进行小型化、宽频化原理分析,实现天线的小型化;然后,运用矢量网络分析仪对实物天线进行驻波比实测研究;最后,在实验室搭建GIS局部放电测试系统对天线进行实测研究。结果表明：设计研究的天线兼具多频带、小型化和高增益的特性,在0.75～0.90 GHz、1.23～1.48 GHz、1.78～2.12 GHz、2.42～2.79 GHz的频段范围内,其驻波比（VSWR）小于2,具有较宽的频带范围,能够记录局部放电的大部分信息;随着频率的增加,天线增益也在逐渐变大,天线最高增益可达6.5 dB,可有效接收微弱的特高频信号;研究结果表明,设计的天线特性良好,可用于GIS局部放电的现场监测。     

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。     

基于柔性馈电螺旋天线和硅光电倍增管的GIS局部放电联合传感技术EI北大核心CSCD

由于现场干扰和系统噪声的影响,通过常规电学方法检测气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)内的局部放电(partial discharge,PD)容易造成漏检与误检的情况。为提高局部放电检测的准确率,并进一步探究GIS中不同缺陷的放电特性差异,该文提出基于粒子群优化算法的四臂螺旋天线优化流程,设计适配的柔性功分馈电网络,并与荧光光纤加载的硅光电倍增管结合,形成基于特高频(ultra high frequency,UHF)天线和硅光电倍增管结合的局部放电光–电联合传感技术。在此基础上,通过联合传感器对GIS典型缺陷放电信号进行侦测并作统计分析。结果表明,柔性功分网络加载的四臂螺旋天线在0.5~2.0GHz范围内增益均高于5.0dBi,具有高增益与小型化特性;联合传感器的光信号与特高频信号均与放电量保持线性关系;光电联合传感对于电晕放电、沿面放电和气隙放电具有不同的感知效率,不同缺陷类型的局部放电间隔时间也具有不同的特征。使用光–电联合检测技术能够为GIS中的局部放电检测提供新的、可靠的解决方案。     

采用遗传算法优化局部放电超高频Hilbert分形天线

为了获得性能最优的局部放电(PD)超高频(UHF)检测Hilbert分形天线,提出将遗传算法用于PD UHF Hilbert分形天线的优化设计。通过分析影响天线性能的结构参数,确定了其用于遗传算法的编码解码方式,设计了适应度函数,建立了UHF分形天线优化工程,并获得一组性能最优的天线参数;根据优化结果加工制作了原型天线。搭建PD试验平台,分别采用现有的分形天线及优化设计的4阶Hilbert分形天线检测PD信号。实测结果表明:当频率在300 MHz~1 GHz范围内时,天线的驻波比都2,即在0~1 GHz的频率范围内天线具有700 MHz的检测带宽,达到了宽频带超高频天线的基本性能要求。与现有天线相比,优化后的天线具有更高的检测灵敏度和更宽的检测带宽,可有效应用于PD UHF信号的现场检测,获取更全面的PD信息。     

开关柜局部放电超高频在线监测天线的研究

本文针对高压开关柜局部放电超高频检测天线应具有宽频带、高增益、小尺寸的性能要求,引入Koch分形结构和空气层理论,设计出了一种新型的Koch分形微带天线。采用仿真软件HFSS对天线模型的结构参数进行优化分析,选取一组最优参数制作天线实物。仿真结果是,天线尺寸180mm×180mm,VSWR5的检测频带为535～825MHz,天线的平均增益为1.5dB。仿真结果表明该天线满足开关柜局部放电超高频检测要求。     

GIS盆式绝缘子均压环特高频接收特性研究

随着带屏蔽环式盆式绝缘子的大量应用以及设备尺寸的不断小型化,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电特高频法(ultra-high frequency method,UHF)传感器的使用受到了极大限制,局部放电UHF检测日渐困难。针对该问题,以盆式绝缘子均压环作为UHF天线,测试环形天线(盆式绝缘子均压环)接收特性与局部放电视在放电量、传感器位置、传感器接地方式等因素的关系,并比较分析了各种UHF传感器的频率响应特性。结论认为,GIS盆式绝缘子均压环具有良好的UHF接收性能,用其作为UHF天线进行GIS内局部放电测试是可行的。