一种基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的系统和方法与流程

本发明涉及局部放电特高频检测抗干扰的技术领域，并且更具体地，涉及一种基于全向特高频UHF(Ultra High Frequency)噪声传感器消除外部干扰的系统和方法。

背景技术：

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS，Gas Insulated Switchgear)是电网设备的重要组成部分。GIS数量大，并且在城市电网中应用广泛。GIS结构紧凑，并且对内部微小绝缘缺陷非常敏感，因此容易导致绝缘击穿的严重事故。通常，针对GIS的常规巡视无法有效了解设备的运行状况，这是因为GIS的全封闭性。GIS的现场检修环境要求高，拆装工作量大，停电时间长并且检修费用昂贵。GIS的免维护运行年限为15年左右，发生故障的时间绝大部分处于刚投入运行时或临近寿命时。我国每年有大量新GIS投入运行，也陆续有一些GIS达到规定的免维护运行年限。如何保证这些设备的安全运行，同时避免不必要的停电检修，节省检修费用，这是GIS运行中面临的重要问题。

UHF局部放电在线检测技术的推广应用对于预判GIS的健康状况，避免电网重大设备事故的发生，以及保证GIS的安全运行、提高设备检修和维护效率具有积极的意义和良好的社会经济效益。此外，目前UHF局部放电在线检测技术还广泛应用于电力变压器、电力电缆等高压电气设备的局放检测/监测。

但是，现有局部放电UHF在线检测技术中使用的检测装置对信号的全向接收的能力较弱，无法实现对现场各个方向的信号的有效接收，因此在现场实测过程中无法有效的抑制外部干扰信号。

综上可知，局部放电UHF在线检测技术中使用的检测装置的接收方向性和检测频带范围对这种抗干扰方式至关重要，只有采用性能优异的检测装置并进行与信号传感器的合理配置，才能充分发挥出这种抗干扰方法的效果。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的系统和方法。所述系统包括：

全向UHF噪声传感器，其用于全方向接收GIS外部信号；

信号传感器，其用于接收GIS内部绝缘缺陷的局部放电信号；

局部放电采集单元，其用于放大并转换局部放电信号和GIS外部信号；以及

上位机，其根据判定原则判定GIS外部信号属性，并在GIS外部信号为干扰信号时进行处理以消除干扰信号。

优选地，所述判定原则包括：

如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号大于等于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大且超过信号传感器信号的大小，则判定为外部干扰信号；以及

如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号小于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小且小于信号传感器的信号，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大则判定为外部干扰信号。

根据本发明的一个方面，所述全向UHF噪声传感器包括：

锥形螺旋天线板单元，其由锥形螺旋天线和底板构成，用于全方向接收GIS外部信号；

工装单元，其由环氧天线罩和底部封装部分构成，用于封装所述锥形螺旋天线单元；以及

N型连接器，其位于工装单元底部正中，通过与锥形螺旋天线板单元相连，将接收的GIS外部信号传输至局部放电采集单元。

优选地，所述全向UHF噪声传感器的检测频带范围为300MHz至2GHz、驻波比小于等于3并且天线增益为-30dB至6dB。

优选地，全向UHF噪声传感器中的工装单元具有防水和防尘性能。

根据本发明的另一方面，所述基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的方法包括：

将信号传感器内嵌安装在GIS内部，用于接收GIS内部绝缘缺陷的局部放电信号；

在每个信号传感器附近放置一个全向UHF噪声传感器，所述全向UHF噪声传感器用于接收GIS外部信号；

在GIS附近使用局部放电采集单元放大并转换局部放电信号和GIS外部信号；以及

上位机根据判定原则判定GIS外部信号属性，并在GIS外部信号为干扰信号时进行处理以消除干扰信号。

优选地，所述判定原则如下：

如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号大于等于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大且超过信号传感器信号的大小，则判定为外部干扰信号；以及

如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号小于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小且小于信号传感器的信号，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大则判定为外部干扰信号。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式。

图1示出了根据本发明实施方式的基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的系统的现场安装示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器的实物结构图

图3示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器的零部件结构图。

图4示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器的另一个零部件结构图。

图5示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在500MHz的方向图；

图6示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在750MHz的方向图；

图7示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在1GHz的方向图；

图8示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在1.5GHz的方向图；

图9示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在2GHz的方向图；

图10示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在300MHz-2GHz频带范围内电压驻波比测试结果图；

图11示出了根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器的天线增益表；

图12示出了根据本发明实施方式的基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式。本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1是根据本发明实施方式的基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的系统的现场安装示意图。如图1所示，系统100基于全向UHF噪声传感器对现场环境中的信号进行检测，以消除外部干扰信号。根据本发明的优选实施方式，系统100包括全向UHF噪声传感器101、信号传感器102、局部放电采集单元103和上位机104。

优选地，全向UHF噪声传感器101，用于全方向接收GIS外部信号。

优选地，信号传感器102用于接收GIS内部绝缘缺陷的局部放电信号。

优选地，局部放电采集单元103用于放大并转换局部放电信号和GIS外部信号。

优选地，上位机104根据判定原则判定GIS外部信号属性。根据优选实施方式，所述判定原则包括：如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号大于等于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大且超过信号传感器信号的大小，则判定为外部干扰信号；以及如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号小于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小且小于信号传感器的信号，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大则判定为外部干扰信号。当上位机104根据判定原则确定GIS外部信号为干扰信号时，利用上位机104的软件进行处理，消除干扰信号。

图2是根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器101的实物结构图。如图2所示，所述全向UHF噪声传感器101从外观上看为锥形螺旋结构，其包括锥形螺旋天线板单元201、工装单元202和N型连接器203。图3和图4是根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器101的零部件结构图。结合图2、图3和图4可知，所述全向UHF噪声传感器的结构如下。

优选地，锥形螺旋天线板单元201由锥形螺旋天线211和底板212构成，用于全方向接收GIS外部信号。

优选地，工装单元202由环氧天线罩221和底部封装部分222构成，用于封装所述锥形螺旋天线单元201。由于工装单元202为封闭式结构，故具有良好的防水和防尘性能。

优选地，N型连接器，其位于工装单元底部正中，通过与锥形螺旋天线板单元201相连，将接收的GIS外部信号传输至局部放电采集单元103。

图5-9是根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在500MHz、750MHz、1GHz、1.5GHz和2GHz这5个频率的方向图。如图5-9所示，所述全向UHF噪声传感器较好地实现了全方向接收外部信号的功能。

图10是根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器在300MHz-2GHz频带范围内电压驻波比测试结果图。如图10所示，优选地，全向UHF噪声传感的驻波比小于等于3。

图11是根据本发明实施方式的全向UHF噪声传感器的天线增益表。如图11所示，优选地，全向UHF噪声传感器的天线增益为-30dB至6dB。

图12是根据本发明实施方式的基于全向UHF噪声传感器消除外部干扰的方法1200的流程图。

如图12所示，所述方法1200从步骤1201开始。优选地，在步骤1201，将全向UHF噪声传感器101和信号传感器102按照一比一的配置进行安装，即将信号传感器102内嵌安装在GIS，用于接收GIS内部绝缘缺陷的局部放电信号，然后在每个信号传感器102附近放置一个全向UHF噪声传感器101，用于接收GIS外部信号。

优选地，在步骤1202，通过放置在GIS附近的局部放电采集单元103采集全向UHF噪声传感器101和信号传感器102同步传送的GIS外部信号和局部放电信号，并且将上述信号进行放大和转换。

优选地，在步骤1203，上位机104根据判定原则判定GIS外部信号属性。

所述判定原则包括：如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号大于等于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大且超过信号传感器信号的大小，则判定为外部干扰信号；以及如果信号传感器与噪声传感器接收的信号同步且信号传感器的信号小于噪声传感器的信号，移动噪声传感器远离被测设备，如果噪声传感器的信号变小且小于信号传感器的信号，则判定此信号为被测设备内部放电信号，如果噪声传感器的信号变大则判定为外部干扰信号。

若根据判定原则判定GIS外部信号为外部干扰信号，跳至步骤1204。若根据判定原则判定GIS外部信号不是外部干扰信号，跳至步骤1202。

优选地，在步骤1204，上位机104中的软件进行处理以消除干扰信号。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。