一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器的制造方法
【专利说明】一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，属电力设备绝缘在线检测技术领域。
【背景技术】
[0003]高压电气设备在发生绝缘介质击穿之前往往表现为局部放电(简称局放)的逐步发展和增强，绝缘故障常常起源于局放造成的绝缘劣化。局放是绝缘发生劣化的重要征兆，绝缘的劣化程度越高，局放活动越强烈；同时局放也是导致绝缘进一步劣化的重要原因。
[0004]当局部放电在电气设备内部很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陆的脉冲电流，其上升时间为ns级，并激发频率高达数百MHz及以上的电磁波。特高频检测法是通过检测从电气设备内部泄漏出来的特高频电磁信号，判断电气设备内部的缺陷情况。由于特高频检测法能有效避开了现场低频电晕干扰，近年来得到研究机构、制造厂商及电力系统运行部门广泛关注和应用。
[0005]传感器设计是局部放电特高频检测法的关键技术。传感器良好的性能是成功实现高灵敏度局部放电检测的根本保证。目前，用于局部放电检测的特高频传感器主要有环形天线、平面螺旋天线、探针式天线等。应用经验表明现有的特高频传感器存在以下问题:I)检测频带较窄，损失了较多的局部放电信息；2)体积大，且多采用电缆传输信号，检测不便利;3)增益小，不利于接收微弱的局部放电信号。
【发明内容】
[0006]本发明的目的，为了克服现有特高频天线检测频带窄、体积大等缺点，本发明提供一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器;该传感器并具备数据处理及传输的功能。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种智能特高频传感器，包括封闭式Hilbert分形天线、信号调理模块、无线通讯模块和电源模块；
所述封闭式Hilbert分形天线，用于接收局部放电激发的特高频电磁波信号；
所述信号调理模块，用于实现特高频放电信号滤波、放大、峰值保持及数据采集； 所述无线通讯模块，用于将信号结果发射至接收主机；
所述电源模块，用于信号调理模块和无线通讯模块供电；
所述封闭式Hilbert分形天线连接所述信号调理模块;所述信号调理模块连接所述无线通讯模块;所述电源模块连接信号调理模块和无线通讯模块。
[0008]所述智能特高频传感器，其工作原理为:所述封闭式HiIbert分形天线作为接收天线耦合局部放电激发的特高频电磁波信号，并传输至所述信号调理模块;所述信号调理模块对所述封闭式Hilbert分形天线耦合的特高频信号处理，滤处干扰信号并将信号放大，然后通过包络检波方式获取信号的峰值电压，最后完成数据采集并传送至所述无线通讯模块;所述无线通讯模块通过WIFI方式将信号发送至主机。
[0009]进一步，所述封闭式HiIbert分形天线包括导线贴片、介质基底、接地层和馈电探针。所述导线贴片敷设在介质基底的上表面;所述接地层敷设在介质基底的下表面;所述导线贴片通过馈电探针馈电。
[0010]进一步，所述导线贴片包括首尾相连而成的封闭辐射臂，所述辐射臂根据三阶Hi Ibert分形曲线进行设置;所述辐射臂设置有馈电点，所述馈电点位置设置在最接近于所述辐射臂的几何中心点处的导线段上。
[0011 ]进一步，所述导线贴片在介质基底上的覆盖面为矩形面。
[0012]进一步，所述导线贴片在介质基底上的覆盖面的边长为76mm;所述辐射臂的宽度为2mm;所述辐射臂的间距为2mm。
[0013]进一步，所述介质基底为TaconicRF-35介质板，其介电常数为3.5;所述介质基底的厚度5mm，所述介质基底边长为86mm。
[0014]进一步，所述信号调理模块包含放大滤波单元、峰值保持单元和数据采集单元;放大滤波单元将封闭式Hi Ibert分形天线送来的信号进行放大滤波，送至峰值保持单元通过包络检波方式获得放电信号的峰值电压，再送至数据采集单元，采集完成后的数据发送给无线通讯模块。
[0015]进一步，所述放大滤波单元由带通滤波器及低噪声放大器组成，所述带通滤波器具备滤除手机干扰信号功能。
[0016]进一步，所述无线通讯模块采用WIFI无线发射模块。
[0017]本发明具有以下有益效果:本发明传感器在300MHz到1.0GHz范围内具有多个检测频带，阻抗带宽(VSWR〈5)可达80%，能够记录局部放电的大部分信息，不会造成遗漏情形。本发明传感器信号半功率波束角度宽，全方向内方向性差异小。能有效接收来自正前方的局部放电信号，检测灵敏度高。本发明传感器具备数据处理功能，可对特高频放电信号进行降频处理，并保留其峰值相位特征，降低了数据采集成本。本发明传感器采用无线通讯，不需要有线连接，提高检测安全性与便利性。
【附图说明】
[0018]图1是智能特高频传感器原理框图；
图2是封闭式Hilbert分形天线结构示意图；
图3是改进的3阶Hilbert分形曲线，即所述的导线贴片图4是本发明的实测驻波比图；
图5是本发明的实测方向图，其中(a)为653MHz处phi=0°方向图，(b)为653MHz处phi =90°方向图；
图中，I是封闭式Hilbert分形天线，2是信号调理模块，3是无线通讯模块，4是电源模块，5是放大滤波单元，6是峰值保持单元，7是数据采集单元，8是导线贴片，9是介质基底，10是接地层，11是馈电探针，12是封闭式Hi Ibert分形辐射臂，13是馈电点。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0020]本实施例智能特高频传感器设置有连接于封闭Hilbert分形天线I信号输出的信号调理模块2、无线通讯模块3和电源模块4，如图1所示。
[0021]信号调理模块2包括放大滤波单元5、峰值保持单元6和数据采集单元7。放大滤波单元用来滤除干扰，并放大信号，由带通滤波器及低噪声放大器组成。由于手机干扰频率在特高频检测频带内，需采用陷波器滤除。因此，带通滤波器由低通、高通滤波器和陷波器级联而成，可选用椭圆函数滤波器原型。低噪声放大器由场效应晶体管、输入输出匹配网络、电源滤波、直流偏置等组成。
[0022]数据采集单元最高采样率为50MHz，A/D分辨率为12bit。采集完成后的数据发送给无线通讯模块。
[0023]无线通讯模块采用基于WIFI原理的无线信号发射模块，通过WIFI方式将信号发送至主机。
[0024]图2为所示封闭式HiIbert分形天线结构示意图；封闭式Hi Ibert分形天线包括导线贴片8、介质基底9、接地层10和馈电探针11;在介质基底9上表面，敷设有导线贴片8;接地层10敷设在介质基底9的下表面;所述导线贴片通过馈电探针11馈电。
[0025]封闭Hilbert分形天线检测的特高频放电信号频率很高，受数据采集和存储的限制，难以实时观测信号原始波形。所述峰值保持单元采用高频检波二极管通过包络检波方式获得放电信号的峰值电压，并延拓信号持续时间宽度，以满足一般数字采集系统的要求。
[0026]图3为改进的3阶Hilbert分形曲线，即所述的导线贴片，所述馈电点13位于最接近于所述辐射臂12的几何中心点处的导线段上；图4和图5为天线导线贴片覆盖面边长为76mm，福射臂宽度为2mm，福射臂间距为2mm，介质基底为Taconic RF-35介质板，介质基底边长取值86mm，介质基底厚度为5mm时，天线的实测驻波比图和方向图；其中图5(a)为653MHz处phi=0°方向图，图5(b)为653MHz处phi=90°方向图。
[0027]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，包括: 封闭式Hilbert分形天线，用于接收局部放电激发的特高频电磁波信号； 信号调理模块，用于实现特高频放电信号滤波、放大、峰值保持及数据采集； 无线通讯模块，用于将信号结果发射至接收主机； 电源模块，用于信号调理模块和无线通讯模块供电； 所述封闭式Hilbert分形天线连接所述信号调理模块;所述信号调理模块连接所述无线通讯模块;所述电源模块连接信号调理模块和无线通讯模块。2.根据权利要求1所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述封闭式Hilbert分形天线包括导线贴片、介质基底、接地层和馈电探针;所述导线贴片敷设在介质基底的上表面;所述接地层敷设在介质基底的下表面;所述导线贴片通过馈电探针馈电。3.根据权利要求2所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述导线贴片包括首尾相连而成的封闭式辐射臂，所述辐射臂根据三阶Hilbert分形曲线进行设置;所述辐射臂设置有馈电点，所述馈电点位置设置在最接近于所述辐射臂的几何中心点处的导线段上。4.根据权利要求2所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述导线贴片在介质基底上的覆盖面为矩形面。5.根据权利要求2所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述导线贴片在介质基底上的覆盖面的边长为76mm;所述辐射臂的宽度为2mm;所述福射臂的间距为2mm;所述介质基底为Taconic RF-35介质板，其介电常数为3.5;所述介质基底的厚度5mm，所述介质基底边长为86mm。6.根据权利要求1所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述信号调理模块包括放大滤波单元、峰值保持单元和数据采集单元;放大滤波单元将封闭式Hilbert分形天线送来的信号进行放大滤波，送至峰值保持单元通过包络检波方式获得放电信号的峰值电压，再送至数据采集单元，采集完成后的数据发送给无线通讯模块。7.根据权利要求6所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述放大滤波单元由带通滤波器及低噪声放大器组成;所述带通滤波器具备滤除手机干扰信号功能。8.根据权利要求1所述一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，其特征在于，所述无线通讯模块采用WIFI无线发射模块。
【专利摘要】一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器，包含封闭式Hilbert分形天线、信号调理模块、无线通讯模块和电源模块。所述封闭式Hilbert分形天线包含导线贴片、介质基底、接地层和馈电探针。所述导线贴片是根据三阶Hilbert分形曲线改进设计而成的，包含首尾相连而成的封闭式辐射臂。所述信号调理模块包含放大滤波单元、峰值保持单元和数据采集单元。所述无线通讯模块采用WIFI无线发射模块。本发明适用于高压开关柜、变压器、电力电缆、GIS设备等电气设备内部局部放电检测。
【IPC分类】G01R31/12
【公开号】CN105606971
【申请号】CN201610098754
【发明人】王鹏, 刘明军, 李唐兵, 刘玉婷
【申请人】国网江西省电力科学研究院, 国家电网公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月24日