一种基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置，可用于特高压直流输电线路、特高压交流输电线路的绝缘子检测，属于绝缘子劣化检测技术领域。

背景技术：

随着社会经济的发展和经济水平的提高，电力系统发展迅猛。安全可靠是电力系统运行的基本要求，随着电力系统电压等级的升高，电力设备装机容量越来越大，电力用户和科学工作者将目光集中到电力系统的绝缘问题上。

绝缘子在电力系统中被广泛使用，在各种高压输电线路上，无处不见绝缘子的身影。用于输电线路上的绝缘子我们称之为线路绝缘子。由于绝缘子常年暴露在外，受到自然环境的影响，如雷电、风雨等，并且工作在高电场、强磁场环境中，绝缘子的机械强度会降低，绝缘阻值减小，电气性能和热性能减弱，直至出现绝缘子的沿面放电、开裂甚至击穿，其中，污闪是最为危险的。随着绝缘子被使用的广泛性的增加，因为绝缘子的污闪引发的问题层出不穷，这完全违背了电力系统的安全可靠性要求，并且绝缘子体积大、价格不菲，造成的经济损失也不容忽视。因此，对绝缘子进行带电检测具有非常重要的意义。

通常情况下，绝缘子的带电检测方法分为两大类，包括电量检测法和非电量检测法，其中，电量检测法包括表面泄漏电流法、绝缘电阻法、电场测量法和脉冲电流法等，非电量检测法包括观察法、红外测温法、激光多普勒振动法等。绝缘子缺陷的常用检测方法包括：

(1)超声波检测方法

随着超声波技术的日益成熟且应用领域的广泛，可以根据超声波发射到绝缘子表面上所得到的回应用以检测绝缘子是否裂化。其具体原理如下：倘若绝缘子中含有微小裂隙，用超声波照射绝缘子表面时，便会在绝缘子的裂隙处产生反射、折射等物理现象，再通过接受装置处理所接收的超声波，便可以通过分析得知绝缘子的劣化程度，进而判断其是否需要进行检修替换等工作。但是该种方法存在弊端，只能适用于裂化的绝缘子，对没有裂化的绝缘子则没有办法进行判断，因而该种方法也具有一定的局限性。

(2)激光多普勒振动方法

该种检测方法的原理为通过对比裂化绝缘子的振动频率和正常绝缘子的振动频率来进行判断。具体措施如下所述：通过利用声波发生器或者借助于外力使得绝缘子产生振动，在此过程中，将多普勒仪与绝缘子面对面放置，激光照射到绝缘子上会产生反射或者折射，通过返回的信号来判断绝缘子中心的振荡频率，从而便可得出被检测的绝缘子内部是都存在缺陷。该种检测方法和运用超声波检测方法原理类似，其缺陷就是不能够对内部存在缺陷但表面还未开裂的绝缘子进行检测。除此之外，由于多普勒仪占用面积大、运行维护较为复杂，从而无法大面积推广应用。

(3)电晕摄像机法

这种方法是根据当出现不良绝缘子时，不良绝缘子周围的正常绝缘子会出现电晕现象增强来判断的，用电晕摄像机可以清晰的捕捉到这一现象，并且不受自然环境如阳光辐射等的影响，此法的原理是利用电晕摄像机对电晕的捕捉能力，当存在不良绝缘子时，电晕现象就会发生，利用电晕摄像机法能够观察到这种现象，且可以工作在不同的自然环境中，性能不受影响，但对绝缘子缺陷依然观察不到，并且设备造价昂贵，不宜推广。

(4)电压分布测量法

电压分布测量法的原理为：绝缘子串正常工作时，电压分布曲线显示为光滑的非标准马鞍形，绝缘子串的不同位置承受的电压值大小不同，越靠近导线侧电压值越高，大小约为靠近接地端的1.7-3倍，绝缘子串的中间部分承受最低的电压。据数据统计，正常工作时，绝缘子串两个相邻绝缘子两端电压比为1.1-1.3，可以由相邻比较法来判断是否存在劣化绝缘子。

电压分布测量法的优点为简单直观、测量准确、读数方便等，目前已经研制出自爬式绝缘子带电检测仪，减少了工作人员的工作量，存在的缺点是需要登高测量，存在一定的不安全因素，因而此法在广泛推广上依然存在难度，如何解决这些问题是国内外科研工作者持续研究的问题。

(5)脉冲电流检测法

绝缘子工作于极不均匀电场中发生电晕放电，脉冲电流检测法是通过测量绝缘子串在发生电晕时的脉冲电流来绝缘状况的。这种方法的原理是：出现不良绝缘子时，绝缘强度有所降低，绝缘电阻骤降，由于绝缘子串是串联在系统中的，劣化绝缘子电阻减小，那么其两端的电压也相对变小，那么造成正常绝缘子所要承受比正常工作下大很多的电压，对正常绝缘子的工作状况也造成威胁。由于总电阻减小，在工作电压不变的情况下，电流增大，电晕现象越发严峻。

因此，绝缘子检测领域中急需要一种能准确、快速、低成本、安全的非接触式检测装置，以及时发现隐患，提高绝缘子运维效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能准确、快速、低成本、安全的非接触式的绝缘子劣化检测装置，其是一种基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置，以及时发现隐患，提高绝缘子运维效率。

本实用新型采用如下技术方案：一种基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置，其包括天线介质基板，天线介质基板的上下表面分别设有基本辐射单元和接地板，所述基本辐射单元为超宽带单极子天线，所述基本辐射单元的底部为弧形边、上部为直线型边，基本辐射单元的底部靠近天线介质基板的底边、上部靠近天线介质基板的顶边，所述基本辐射单元底部弧形边的中心位置一体连接有延伸至天线介质基板底边的延伸条，所述接地板为紧贴天线介质基板底边的长条形结构。

所述基本辐射单元下部为半圆弧形，基本辐射单元上部的直线型边中心位置开有u形缺口。

所述接地板上部中间部位开有矩形槽。

所述接地板上部的两端分别开有矩形切角。

所述超宽带单极子天线工作频率为0.3ghz-3ghz。

所述天线介质基板的材料为fr4。

所述天线介质基板的宽度为16cm，高度为12cm，厚度为0.1cm。

本实用新型的有益效果是：由于绝缘子劣化及污秽过程中会产生微电流及弱磁场信号，所产生的电磁波也相对较弱，本实用新型的检测装置通过超宽带单极子天线对绝缘子所发出的电磁波进行分析判断，超宽带天线能够工作于低频段，因为正常绝缘子和裂化的绝缘子所发出的电磁波的强度是不同的，所以便可根据电磁波的强度来进行绝缘子是否劣化进行判断。本实用新型具有原理简单，成本低廉，设备易操作的优点，具体优点如下：

(1)本实用新型的检测装置为电磁波收发装置，体积小重量轻，可以安装在绝缘子检测设备内部，非常方便安装与使用。

(2)可实现绝缘子串无接触式测量，无需与绝缘子直接接触，大幅提高绝缘子运维检修的安全性，方便快捷、大幅提高检测效率.

(3)采用超宽带天线实现绝缘子劣化检测，与现有的传统检测方式相比，原理简单，成本低廉，设备易操作；

(4)引入电磁场变量测量判据，监测手段和数据可靠性更高。

作为优选的，本实用新型的基本辐射单元是在半圆形单极子天线的基础上变形得到的，通过去除其上部中心部分，半圆形外围代替了完整的半圆贴片，并且延长了半圆形贴片的两侧顶部，形成u型的超宽带单极子天线，辐射贴片的周长通过这一步的变形而得到了延长，可以增大超宽带单极子天线外围的辐射电流路径。

作为优选的，本实用新型在接地板中间部分开了一个矩形槽，并在接地板的两端分别开设矩形切角，用于改善天线的匹配特性、拓展工作带宽。

附图说明

图1是本实用新型基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置的正面示意图；

图2是本实用新型基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置的反面示意图；

图3是本实用新型的s参数仿真结果。

图中，1-天线介质基板，2-基本辐射单元，21-延伸条，22-u形缺口，3-接地板，31-矩形槽，32-矩形开口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种实施例的基于超宽带天线传感器的绝缘子劣化检测装置如图1至图2所示，本实施例的检测装置包括天线介质基板1，天线介质基板1的材料为fr4，天线介质基板1的宽度为16cm，高度为12cm，厚度为0.1cm。天线介质基板1的上下表面分别设有基本辐射单元2和接地板3，所述基本辐射单元2为超宽带单极子天线，超宽带单极子天线工作频率为0.3ghz-3ghz，所述基本辐射单元2的底部为弧形边、上部为直线型边，基本辐射单元2的底部靠近天线介质基板1的底边、上部靠近天线介质基板的顶边，所述基本辐射单元2底部弧形边的中心位置一体连接有延伸至天线介质基板1底边的延伸条21，所述接地板3为紧贴天线介质基板1底边的长条形结构。

本实施例的基本辐射单元2下部为半圆弧形，基本辐射单元2上部的直线型边中心位置开有u形缺口22。本实施例的基本辐射单元2是在半圆形单极子天线的基础上变形得到的，通过去除其上部中心部分，半圆形外围代替了完整的半圆贴片，并且延长了半圆形贴片的两侧顶部，形成u型的超宽带单极子天线，辐射贴片的周长通过这一步的变形而得到了延长，可以增大超宽带单极子天线外围的辐射电流路径。

本实施例的接地板3上部中间部位开有矩形槽31，接地板3上部的两端分别开有矩形切角32，从而改善天线的匹配特性、拓展工作带宽。

基于ansofthfss15对本实施例的检测装置中超宽带天线进行了仿真，得到了天线的s参数仿真结果，如图3所示，根据仿真结果可以看出，该超宽带天线工作在0.3-3.4ghz，已经满足了超宽带天线的要求。

本实用新型的检测装置通过超宽带单极子天线对绝缘子所发出的电磁波进行分析判断，超宽带天线能够工作于低频段，因为正常绝缘子和裂化的绝缘子所发出的电磁波的强度是不同的，所以便可根据电磁波的强度来进行绝缘子是否劣化进行判断。本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型的检测装置为电磁波收发装置，体积小重量轻，尺寸为16cm×12cm×0.1cm，可以安装在绝缘子检测设备内部，非常方便安装与使用。

(2)可实现绝缘子串无接触式测量，无需与绝缘子直接接触，大幅提高绝缘子运维检修的安全性，方便快捷、大幅提高检测效率.

(3)采用超宽带天线实现绝缘子劣化检测，与现有的传统检测方式相比，原理简单，成本低廉，设备易操作。

(4)引入电磁场变量测量判据，监测手段和数据可靠性更高。

上述实施例为本实用新型优选的实施例，本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。