专利名称：一种gis局部放电外置式传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号检测装置，尤其涉及一种局部放电信号的检测装置。
技术背景 气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear, GIS)设备在由绝缘缺陷导致绝缘击穿前，会产生局部放电(以下简称局放)。局放是GIS绝缘缺陷的征兆和表现形式。对GIS局放进行检测，能较早发现其内部的绝缘缺陷，以便采取适当措施，防止其进一步发展造成事故。GIS中的局部放电是一系列具有极短上升时间的电流脉冲，其出现时伴随着声、光、化学产物等多种物理化学现象。研究表明，就单个局放脉冲而言，其上升时间可短至Ins以下，并在GIS腔体内激发频率高达数GHz的电磁波。局放检测超高频法(Ultra-High-Frequency,UHF)于20世纪80年代初期由英国中央电力局(CEGB)实验室提出。其基本原理是通过对GIS中局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测，从而获得局放的相关信息。UHF法和其他局放检测手段相比，其主要优点包括灵敏度高、抗干扰能力强等。在近十几年来，UHF法得到了人们的广泛关注。国内外科研机构在UHF法理论研究，装置设计，实验分析等方面做了大量的工作，并取得了一定的效果。尽管国内外对GIS局放检测UHF法的研究和应用已取得了一定的成果，但仍存在许多问题有待进一步解决。其中超高频传感器的形式和安装方式是需要重点关注，有待深入研究的关键技术，其灵敏度和抗干扰能力都还有提高的空间。UHF传感器是超高频检测系统的关键部分，其功能是检测局部放电产生的电磁波信号以实现局部放电信号的获取，并传送给后台监测系统进行分析处理。通常情况下，传感器应具备抑制低频(300MHz以下)干扰的能力。因此，传感器性能直接决定了整个检测系统的性能。UHF传感器根据安装方式可分为内置式和外置式两种。内置传感器安装在GIS腔体内，可获得较高的检测灵敏度，但对传感器的可靠性也有较高要求。对于已投运的GIS设备，大多数没有安装内置传感器，此时则需要采取外置传感器。外置传感器通常安装在GIS盆式绝缘子上，通过检测绝缘子泄露出来的电磁波信号来实现局部放电的检测，其检测灵敏度不如内置传感器，但具有安装灵活的特点，在GIS局部放电在线检测中应用广泛。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种GIS局部放电外置式传感器，该外置式传感器应当具有体积小巧、便于移动和安装的特点，并且其同时还应具有较高的检测灵敏度，以满足对局部放电信号的检测要求。为实现上述实用新型的发明目的，本实用新型提供了一种GIS局部放电外置式传感器，其包括一微带天线，微带天线包括—金属的接地板，其具有一上表面和一下表面；[0009]—介质基片，其具有一上表面和一下表面，介质基片的下表面接触接地板的上表面设置；—金属贴片，其具有一上表面和一下表面，金属贴片的下表面接触介质基片的上表面设置； 金属贴片与接地板之间形成一射频电磁场，射频电磁场的方向垂直接地板所在的平面，并自金属贴片指向接地板。在本技术方案中，由于在金属贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过金属贴片四周与接地板之间的间隙向外辐射，因此微带天线能够看作是一种缝隙天线。优选地，在上述的GIS局部放电外置式传感器中，介质基片的厚度为15_30mm。该介质基片的厚度即为金属贴片与接地板之间的间隙，其与波长相比，厚度是很小的，因而微 带天线实现了一维小型化，属于电小天线，其具有体积小，重量轻，低剖面等特点。优选地，在上述的GIS局部放电外置式传感器中，金属贴片上具有一个孔洞，孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓相似。优选地，在上述的GIS局部放电外置式传感器中，金属贴片上具有若干个孔洞，各孔洞在金属贴片上均布设置，孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓相似。上述设置方式是将金属贴片设置为分形，其目的在于拓展天线接收的带宽。如果一个图形的部分以某种方式与其整体本身相似，这个图形就称为分形。分形几何的主要特征是具有自相似性和空间填充性(即分数维)自相似性是指适当的放大或缩小结构的几何尺寸，整个结构并不发生改变，其在各种尺度上都有相同程度的不规则性；分数维是指用某个特征数来测定其不平度、复杂性或卷积度。分形天线与传统天线相比解决了两个主要局限性(I)天线实际上是窄带设备，它们的性能依赖于天线的电尺寸。这就意味着，对于固定的天线尺寸，天线的性能指标(例如增益、方向图等)将随着工作频率的改变而改变；分形的自相似性使得分形天线具有分形的性能特征，从而使其具有多频性能；(2)把分形的迭代系统应用于一些天线，从而能够实现天线尺寸的缩减。分形天线的一个重要的特性在于它能增加天线的工作带宽，可以在宽频带或多频带下良好的工作。分形天线的结构自相似性使得其形状在不同的尺度下都是相似的，从而构成多频段辐射特性，而且可以减小天线性能对电尺寸的依赖，实现天线的小型化。因此，本技术方案采取分形理论进行微带天线中金属贴片的设计，从而使微带天线体积小巧、便于移动和安装，并同时具有较高的检测灵敏度。优选地，在上述的GIS局部放电外置式传感器中，金属贴片的上表面和/或下表面外轮廓为矩形。由于GIS绝缘子外表面形状通常为矩形圆环面，为了便于安装和更好地接收电场波信号，本技术方案中优选地将金属贴片设计为矩形。在上述的GIS局部放电外置式传感器中，介质基片为聚四氟乙烯基片。在上述的GIS局部放电外置式传感器中，介质基片为玻璃纤维压层基片。优选地，在上述的GIS局部放电外置式传感器中，还包括一盒体，微带天线设于盒体内。优选地，在上述的GIS局部放电外置式传感器中，盒体的背面为金属面，侧面为金属面，正面为绝缘面。金属面能够有效屏蔽外界的干扰，而绝缘面不会屏蔽电磁波，从而能够在排除外界干扰的情况下，对局部放电发出的电磁波信号进行检测。本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器具有下列优点(I)本实用新型所述的外置式传感器具有体积小巧、便于移动与安装的优点；(2)本实用新型所述的外置式传感器还具有较高的检测灵敏度，从而保证了对局部放电的有效检测。
图I是本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器在一种实施方式中的微带天线的立体结构透视图。图2是本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器在一种实施方式下的使用状态图。图3是本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器的金属贴片在一种实施方式中的结构示意图。图4是本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器的金属贴片在另一种实施方式中的结构示意图。图5是本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器的金属贴片在又一种实施方式中的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器做进一步的解释说明。本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器的微带天线在本实施例中的结构如图I所示，金属贴片I的下表面与介质基片2的上表面紧贴，介质基片2的下表面与接地板3的上表面紧贴。其中，介质基片2为聚四氟乙烯基片或者玻璃纤维压层基片，其厚度为20mm，相对介电常数εΓ为3. 1，金属贴片宽度W为60mm，长度L为112.3mm。馈电点4对微带天线进行馈电。金属贴片I与接地板3之间形成一个射频电磁场，射频电磁场的方向垂直接地板所在的平面，并自金属贴片指向接地板。图2显示了本实用新型所述的GIS局部放电外置式传感器在本实施例中的使用状态。如图2所示，微带天线5安置在盒体6内，金属贴片面对着GIS设备内部。该GIS局部放电外置式传感器安装在GIS外壳7的外侧，并且安装在GIS绝缘子8的外表面。金属贴片、介质基片、接地板均为矩形，便于更好的安装于外表面为矩形圆环面的GIS绝缘子8。其中，盒体6的背面与侧面均为金属面，正面为绝缘面。金属面能够有效屏蔽外界的干扰，而绝缘面不会屏蔽电磁波，从而能够在排除外界干扰的情况下，对局部放电发出的电磁波信号进行检测。请继续参阅图2，局部放电发生在高压导体9的某处，所产生的电磁波信号通过GIS绝缘子8泄露到安装于GIS外壳7外侧的GIS局部放电外置式传感器，GIS局部放电外置式传感器通过微带天线5接受电磁波信号，从而检测到GIS设备内部发生局部放电。图3-图5显示了微带天线上的金属贴片在不同实施例中的结构。如图3所示，在一种实施方式中，金属贴片上具有一个矩形孔洞，孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓相似。图4显示了在另一种实施方式中，金属贴片的结构。如图4所示，金属贴片在图3所示的金属贴片的基础上增设了 8个较小的矩形孔洞，各较小的孔洞在金属贴片上均布设置在较大矩形孔洞的周围，所有孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓均相似。该实施方式采用了二次迭代Sierpinski分形设计的金属贴片,进一步增大了微带天线的工作带宽。图5显示了微带天线上的金属贴片在又一种实施方式中的结构。如图5所示，金属贴片在图4所示的金属贴片的基础上，在每个较小的孔洞周围增设了 8个微小的矩形孔洞，各微小的孔洞在金属贴片上均布设置在较小矩形孔洞的周围，所有孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓相似。该实施方式采用了三次迭代Sierpinski分形设计的金属贴片，从而更进一步增大了微带天线的工作带宽。需要说明的是，虽然上述各实施方式给出的金属贴片均为设有孔洞的金属贴片，但是不开设任何金属孔洞的实心金属贴片也是可以实现本技术方案的，其也在本技术方案所要保护的范围内。 要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.ー种GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，其包括ー微带天线，所述微带天线包括 一金属的接地板，其具有一上表面和一下表面； 一介质基片，其具有一上表面和一下表面，所述介质基片的下表面接触接地板的上表面设置； 一金属贴片，其具有一上表面和一下表面，所述金属贴片的下表面接触介质基片的上表面设置； 所述金属贴片与接地板之间形成ー射频电磁场，所述射频电磁场的方向垂直接地板所在的平面，并自金属贴片指向接地板。
2.如权利要求I所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述介质基片的厚度为 15_30mm。
3.如权利要求I或2所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述金属贴片上具有ー个孔洞，所述孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓相似。
4.如权利要求I或2所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述金属贴片上具有若干个孔洞，所述各孔洞在金属贴片上均布设置，所述孔洞的轮廓与金属贴片的外轮廓相似。
5.如权利要求I或2所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述金属贴片的上表面和/或下表面外轮廓为矩形。
6.如权利要求I所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述介质基片为聚四氟こ烯基片。
7.如权利要求I所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述介质基片为玻璃纤维压层基片。
8.如权利要求I所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，还包括ー盒体，所述微带天线设于盒体内。
9.如权利要求8所述的GIS局部放电外置式传感器，其特征在于，所述盒体的背面为金属面，侧面为金属面，正面为绝缘面。
专利摘要本实用新型公开了一种GIS局部放电外置式传感器，其包括一微带天线，微带天线包括一金属的接地板，其具有一上表面和一下表面；一介质基片，其具有一上表面和一下表面，介质基片的下表面接触接地板的上表面设置；一金属贴片，其具有一上表面和一下表面，金属贴片的下表面接触介质基片的上表面设置；金属贴片与接地板之间形成一射频电磁场，射频电磁场的方向垂直接地板所在的平面，并自金属贴片指向接地板。
文档编号G01R31/12GK202421426SQ20112052612
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者张卫国, 杨卫东, 江秀臣, 王磊, 白万建, 盛戈皞, 胡岳, 陈静 申请人:上海交通大学, 山东电力集团公司菏泽供电公司