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。     

采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警

变电站内电气设备存在绝缘缺陷可能在运行时尤其当运行状态或运行环境改变的情况下发生局部放电（PD）从而辐射出超高频（UHF）电磁波到变电站空间中。为研究用UHF法监测变电站电气设备PD,用一套固定天线阵列及其配套设备实现监测整个变电站PD及早期预警的目的,在变电站中心位置安装全向天线传感器组成的固定阵列来接收变电站空间中电气设备因PD辐射出的UHF信号,根据检测到的信号判定PD的发生并找到存在PD的电气设备;以宽频带、高增益、水平面（H面）全向性的盘锥天线为UHF传感器构建了监测系统,在变电站试验中系统检测到了放电信号,成功定位了位于隔离开关处的放电源。现场实测结果表明这是一种具有实用价值的变电站全站PD监测及早期预警方法。     

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。     

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。     

GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究

针对变电站气体绝缘组合电器（GIS）绝缘缺陷局部放电（PD）高灵敏监测需求,以及现有刚性基底特高频（UHF）天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题,该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天线传感器,采用正弦波加载的方式以及提高天线本体间隙比的方式实现了天线本体小型化,同时巴伦与天线本体共面,大幅减小了天线整体体积,设计的柔性天线直径为150 mm,较未小型化径向距离缩小了25%。仿真和网分实测结果表明：在610 MHz～3 GHz频带范围内,柔性天线在弯曲半径为0 mm、100 mm、200 mm时的电压驻波比（VSWR）≤3.5;在790 MHz～1.8 GHz频段内VSWR≤2。最后利用搭建GIS典型缺陷局部放电模拟试验平台对设计的柔性天线进行PD检测性能实测。结果表明,设计的柔性天线在不同弯曲程度下均能有效检测到PD信号,具有较高的信噪比。     

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。     

用于检测电气设备电晕的盘锥天线的研制

为实现对变电站内电气设备电晕放电的检测,研究并设计了宽频带、高增益和水平面(H面)全向性的天线作为电晕检测的传感器。通过分析盘锥天线的辐射特性和特性阻抗,确定其设计为电晕检测天线具有优势,用离散化方法加工出的盘锥天线,在10MHz～1GHz以上具有良好的频率响应特性,平均增益4dB以上,在变电站检测试验中表现出良好的电晕放电信号接收能力。基于该天线可以开发出固定式或车载式电晕监测和定位系统,该系统可以监测整个变电站设备的电晕情况并且其工作不与设备发生接触。     

基于小样本UHF信号的变压器局部放电平面定位技术研究

基于缝隙泄漏电磁波检测的国内大型电力变压器进行局部放电（PD）检测时,UHF天线传感器阵列处于同一个平面内,PD源定位结果 z坐标波动误差较大,针对该问题,本文提出了基于小样本UHF信号的变压器PD平面定位技术,构建了小样本PD源定位模型,利用实验获得的变压器PD平面布局UHF信号对模型的有效性进行验证,结果表明,本文提出的小样本变压器PD平面定位技术可将PD源定位结果的三维定位误差降低30%以上,多次PD源定位结果的集聚特性提升60%以上,可有效提升平面布局UHF天线阵的局部放电源定位精度。     

GIS局部放电外置超高频检测系统

研制了宽带和窄带两种超高频外置天线传感器,两种传感器增益均大于1,驻波比在其有效带宽范围内均小于2,均能用于GIS局部放电超高频检测。设计了高性能放大器和半分布参数超高频滤波器,工作频带为300～1000MHz,完全覆盖了两种传感器的工作频带。性能测试表明,传感器和滤波放大器性能优良,频率匹配,能满足超高频信号检测预处理的要求。通过对绝缘子表面金属污染缺陷产生的局部放电信号进行检测研究表明,超高频检测系统能够检测到超高频段微弱的局部放电信号,并能抑制低频段干扰,为后续模式识别的研究打下了基础。     

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。     

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。     

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。     

变压器局部放电超高频信号外传播特性的试验研究

介绍了目前内置超高频传感器在电力变压器局部放电监测中的应用情况,分析了利用外部传感器检测局部放电产生的超高频信号的可行性,设计了一套基于超高频法的电力变压器局放测量系统。实验结果表明,超高频电磁波可以透过变压器夹缝衍射出来,为变压器局部放电检测提供了一种新途径。     

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。     

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。     

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。