用于输电线路电晕放电检测的Hilbert分形天线设计

输电线路电晕放电是电力系统中的一种常见现象.若输电线路出现长时间连续的电晕放电,会造成严重的电网事故,因此有效地检测电晕放电并定位发生位置具有重要意义.Hilbert分形天线是一种宽频带小型天线,可探测到电晕放电产生的电磁波信号.针对5阶Hilbert分形天线的不同馈电方式,设计了一种5阶Hilbert分形天线.该天线是一种小型化天线,能实现电晕放电检测.     

用于检测输电线路电晕放电的平面矩形螺旋天线

随着高压输电线路等级的提高,电晕放电的频繁发生给电力系统带来了巨大的潜在安全风险和电力损失,因此输电线路电晕放电的检测对电力系统具有重要意义.矩形螺旋天线以其阻抗平滑、圆极化特性好而得到了广泛的应用,因此设计一种平面矩形螺旋天线,用于检测输电线路电晕放电产生的射频电磁波.通过优化线圈的长度、间距和匝数,确定了天线的基本...     

架空输电线路放电的Hilbert分形天线设计与优化

在电力系统中，电能质量问题将会直接影响发、供、用三方面的根本利益。而架空输电线路的运维质量与电力系统水平有密切关系，若能通过在线监测装置对放电现象做出判断，那么整个系统的安全稳定性能将会大大提高，由此架空输电线路放电现象的监查就显得格外重要。架空线路的放电以电晕放电为主，电晕放电通常表现为一种电磁脉冲信号，因此具有很宽的频带范围，它往往伴随着功率损耗、无线干扰或噪声污染等问题。由于检测电晕放电情况可反映线路运行状态并提供维护的参考信息，因此探究了射频电磁波检测天线的设计，选择200～300 MHz的放电检测频段，利用Hilbert分形天线原理和软件仿真研究了基层材料、阶数、馈电点位置、导线长度及导线宽度五种影响因素并进行了仿真，选取最优结果以得到最终的模型参数。     

变压器局部放电在线监测超高频Hilbert分形天线研究

论述了Hilbert分形天线基本原理,并根据分形天线电磁场理论,提出了应用于变压器局部放电超高频在线监测的Hilbert分形天线优化设计方法。通过仿真计算,研究了几何参数对Hilbert分形天线性能的影响,设计出用于变压器局部放电监测的3阶Hilbert分形天线。通过气隙放电、沿面放电、电晕放电3种典型变压器绝缘缺陷局部放电实验,采用分形天线和脉冲电流传感器对这3种局部放电进行了测量,并分析了分形天线的局部放电测量信号功率谱。实验结果证明该天线能够有效应用于变压器局部放电超高频在线监测。     

输电线路电晕放电的天线检测方法

检测输电线路的电晕放电情况可以反映线路运行状态并提供维护的参考信息,而现有的检测方法均存在缺陷,且不能广泛应用。提出了一种新的测量方法,即采用射频天线测量电晕放电的电磁场脉冲信号。将2组传统的对数周期天线90°正交形成圆极化对数周期天线,之后仿真该天线结构证明了其方向性、增益和测量频段符合设计要求。最终制作该天线测量了电磁信号,实验结果显示电晕放电的时域信号是高频振荡波,其FFT变换得到的频谱分布主要集中在200～350 MHz。     

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。     

变压器局部放电超高频在线监测天线研究

针对传统局部放电超高频检测天线频带窄、尺寸大的缺点,设计了一种用于在线监测变压器局部放电的多频带、尺寸小的超高频天线。通过研究了分形理论和天线测量原理,在现有四阶Hilbert分形曲线的技术基础上,利用Ansoft Designer电磁场仿真软件建立天线模型,并通过仿真计算,优化配置了天线的几何参数,设计制造了平板结构的四阶Hilbert分形局放超高频监测天线。利用设计的四阶Hilbert分形天线对四种典型油纸绝缘缺陷进行局部放电超高频信号监测,并采用文中设计的天线与现有技术的三阶Penao分形天线、三阶Hilbert分形天线在实验室进行局部放电对比测量,分析了天线实测效果,实验结果表明该天线能够有效应用于变压器局部放电超高频在线监测。     

基于高压输电线路电晕放电的射频电磁波检测方法研究

常规电晕放电检测技术很难捕捉电晕放电过程,无法为高压输电线路的电晕放电缺陷治理提供准确信息。为此,提出了一种基于射频电磁波的高压输电线路电晕放电检测方法。通过在云南某地的实际检测应用,验证了该方法的可行性和有效性。     

金具电晕辐射特性的实验研究

介绍了金具上电晕放电辐射电磁波极化方式和横向分布特性的实验结果。结果表明,电晕放电在地面上产生的场是干涉场,金具的电晕辐射模型可用短振子天线来等效。     

用于远距离电晕放电检测的窄带测试系统设计

针对电晕放电远距离检测的需求,基于窄带测试原理设计了一种窄带测试系统。该系统主要由接收前端和处理终端组成。接收前端中,设计了定向性强、增益≥9 dB的螺旋天线作为接收天线,利用差分放大单元增强电晕放电信号。数据处理终端中,设计了虚拟仪器代替常规测试系统中示波器和频谱仪,设计了全相位数字滤波器以实现强背景干扰下放电信号的快速降噪和特征提取。对模拟电晕放电信号的测试结果表明:实验区域背景噪声主要分布在400 MHz以内,采用80 MHz~2 GHz的宽带测试系统最大测试距离为100 m,而使用所设计的200~300 MHz窄带测试系统最大测试距离可达260 m。所设计的窄带测试系统抗干扰能力强,测试距离远,为电晕放电远距离测试提供参考手段。     

电晕放电辐射信号特征实验

为得到放电针电晕放电辐射场的时域和频域特征,利用组建的静电放电测试系统在室外背景噪声研究的基础上实验研究了电晕放电辐射信号,分析了不同极性和大小的电压、天线极化方向、接收距离、放电针形状、温湿度对电晕放电辐射信号波形和频谱的影响。实验表明,电晕放电信号波形陡峭,上升时间从几ns到20几ns;频谱成钟型连续谱,集中在20～100MHz;不同极性,信号波形不同,且正电晕信号幅值高于负电晕;电晕放电辐射场一般为垂直极化,强度反比于接收距离;相对湿度较大时测到的信号幅值较大。     

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。     

GIS局部放电在线检测系统开发

介绍了一种使用外部天线检测气体绝缘开关装置(GIS)局部放电的方法,这种天线紧贴在绝缘支撑物的表面安装,可接受局部放电产生的电磁波信号。实验结果表明,该天线具有足够的带宽和较高的灵敏度．可用于局部放电的检测。     

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。     

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。     

基于矩形超高频天线阵列的局放源方向定位的研究

高压设备随着绝缘水平下降会发生局部放电现象(PD),放电信号由波长不等的电磁波构成,可能会传播到设备外面的空气中。文中采用由4个盘锥天线构成的矩形天线阵列来接收空气中辐射的超高频局部放电信号,因矩形天线阵列可在测量时移动,可通过移动实现局放的检测定位。文中重点研究了利用信号首峰确定各路信号其实时刻和基于各个天线接收信号的时间到达的不同(TDOA)的方向定位算法。通过实验验证了基于矩形天线阵列的方向定位算法的正确有效性。     

基于电磁波信号传播衰减模型的变电站局部放电定位方法

分析了局部放电辐射电磁波的空间传播衰减特性,及电磁波接收天线的灵敏度系数,并以此为理论基础,提出了一种新的基于天线阵列和电磁波衰减模型的局部放电定位方法,实现变电站全站的局部放电源定位。该方法在变电站空间建立三维坐标系,推导出天线接收到电磁波信号的峰值与局放源及天线位置之间的关系,从而构建关于局部放电位置的计算模型。该方法只需要检测信号峰值,而不需要计算信号的时延序列,可以大大简化数据采集和处理系统要求。论文分别对电磁波仿真软件得到局部放电信号,及实验室模拟局部放电测试得到的电磁波信号进行分析处理,利用该方法计算局部放电源位置,验证了方法的准确性和可行性。     

基于Friis传输方程的放电量计算模型

应用特高频方法监测变压器局部放电时需要对放电量进行精确地的标定,通过设计计算模型,建立UHF信号能量与放电量的关系,以通过直观的指标来判断局部放电量,评估设备运行状况.通过将局部放电源作为发射天线模型化处理,并引入Friis传输方程,将计算等效为天线传输过程.并以应用HFSS仿真得到的4阶Hilbert分形天线相关参数为模型,通过理论推导和计算,确定局放量与接收特高频信号的能量呈二次曲线的关系.通过由搭建的放电模型收集的测量试验数据统计结果显示,UHF信号能量与放电量存在二次曲线关系,与理论模型相符.     

高速动车组车载双频天线设计与布局研究

针对动车组内无线通信质量问题,在微带线的基础上运用分枝法,设计出满足高速列车车载要求的双频单极子天线。天线尺寸为23mm×36mm×1.3mm,最大增益为3.8dBi,其工作频段为2.28~2.64GHz和5.47~6.15GHz,在2.4GHz和5.8GHz频段相对带宽分别为14.6%和11.7%,覆盖ISM频段。以CRH380A型动车组内部环境为研究对象,运用CST电磁仿真软件,建立车厢内部车载天线布局仿真模型。同时,将车内传输效果与自由空间进行对比。各BSS内的天线传输系数在ISM频段内位于-20~-50dB之间,RSRP属于最优等级Ⅰ。验证了所设计天线的有效性及其布局的可靠性。研究结果对动车组车载天线设计以及车内天线布局有很好的参考价值。     

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。