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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

开关柜内部局部放电检测用PCB偶极子天线的设计

开关柜内部空间有限、结构复杂,不便于局部放电超高频传感器的装设。文中基于PCB技术设计了一种适用于开关柜内部局部放电信号检测的超高频天线,在仿真分析的基础上对其结构参数进行了优化。利用矢量网络分析仪测试天线的端口特性,验证了天线的回波损耗和电压驻波比等参数。基于GTEM小室提供标准场,在不同工作频率下对天线系数进行了标定。采用针—板放电模型作为局部放电源,基于脉冲电流法测量放电量,对所设计的UHF天线进行了局部放电测试实验,实验结果表明该天线在工作频带内损耗低、方向性好,时域分辨率强,检测局部放电超高频信号的效果良好。     

GIS局部放电检测用外置传感器性能仿真分析及其设计

超高频局部放电检测法是通过超高频传感器传感GIS内部局部放电所产生的0.3~3 GHz的超高频电磁波,从而实现局部放电的检测和定位,并实现抗干扰。利用高频有限元仿真软件Ansoft HFSS对用于GIS局部放电的常用外置传感器进行仿真,分析了传感器设计参数对其性能的影响,在此基础上设计出工作频带为354~443 MHz的矩形微带贴片窄带传感器和0.5~3 GHz的双臂平面等角螺旋传感器。     

一种用于超高频电磁信号检测的单臂阿基米德螺旋天线的设计

研究了一种50Ω同轴电缆直接馈电的单臂阿基米德螺旋天线,通过优化仿真设计了天线各项硬件参数,实现了其在UHF(超高频)段的工作。通过锥形金属片过渡馈电的方式保证了天线结构的稳定性,克服了单臂阿基米德螺旋天线偏心馈电带来的不良影响。通过改进天线的终端结构,节约了天线制作材料,提升了天线的整体性能。通过仿真分析研究了天线介质材料、馈电圆锥角、天线占空比等对天线性能的影响,并进行了优化设计。结果表明,设计的天线结构简单无需馈电巴伦,其工作频带为:1.15GHz~2.4GHz,具有良好的圆极化特性,在工作频带范围内天线最大辐射方向具有5dB以上的增益,基本满足超高频电磁信号的检测要求。     

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。