新型局部放电源空间定位用特高频传感器及其阵列的制作方法
【专利摘要】本发明提供的新型局部放电源空间定位用特高频传感器及其阵列，包括依次连接且同轴设置的球锥单极天线1、绝缘支撑件2、接地金属圆盘3、N型接头5，还包括短接柱；在球锥单极天线1的圆锥底部边缘设置有两个垂直于接地金属圆盘3的短接柱4，短接柱4的两端分别连接圆锥底部边缘和接地金属圆盘3，这两个短接柱4的中轴线以及球锥单极天线1的中轴线位于同一平面内。本发明采用球面锥形的结构，具有宽频带、全向、高灵敏度、驻波比低及群时延一致性好等特点，能有效满足放电源全向检测的要求，由多个传感器组成的特高频传感器阵列，可以对放电源进行空间准确定位，能够满足变电站局放源空间定位的要求。
【专利说明】新型局部放电源空间定位用特高频传感器及其阵列
【技术领域】
[0001]本发明涉及特高频传感领域，具体地，涉及新型局部放电源空间定位用特高频传感器。
【背景技术】
[0002]特高频(ultra high frequency, UHF)法以其覆盖范围广、灵敏度高、能够识别并定位放电源等优点，成为近二十年来国内外局部放电检测领域研究的重点和热点。
[0003]近年来英国Strathclyde大学的Philip Moore等人提出了特高频阵列空间定位的思路，通过4个特高频传感器组成传感阵列，实现整个变电站内放电源的检测及空间定位。这样的系统的结构简单，充分利用了特高频技术灵敏度高、覆盖范围广的优势。相比目前的在线监测和带电检测设备，在满足状态检修工作要求的同时，在经济性方面具有明显的优势。
[0004]成功实现放电源空间定位的关键是特高频传感器，相比常规的特高频传感器，用于空间定位的传感器需要有宽频带、低损耗、全向、群时延稳定性好、灵敏度高等特点。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种专用于空间定位的特高频传感器。该传感器主体采用球面、锥形相结合的结构，通过特定的短接柱进行性能调整，仿真及实测结果均显示，该传感器性能优异，能满足变电站空间定位的要求。
[0006]根据本发明提供的新型局部放电源空间定位用特高频传感器，包括:球锥单极天线1、绝缘支撑件2、接地金属圆盘3、短接柱4、N型接头5 ；
[0007]球锥单极天线1、绝缘支撑件2、接地金属圆盘3、N型接头5依次连接且同轴设置；
[0008]在球锥单极天线I的圆锥底部边缘设置有两个垂直于接地金属圆盘3的短接柱4，短接柱4的两端分别连接圆锥底部边缘和接地金属圆盘3，这两个短接柱4的中轴线以及球锥单极天线I的中轴线位于同一平面内。
[0009]优选地，所述绝缘支撑件2的材料为环氧树脂。
[0010]优选地，H=7cm,W=14cm,h=0.2cm,其中，H为球锥单极天线I的圆锥高度,W为球锥单极天线I的圆锥底面直径，h为球锥单极天线I的球锥顶点到金属圆盘距离。
[0011]根据本发明提供的特高频传感器阵列，包括多个阵列分布的上述的新型局部放电源空间定位用特高频传感器。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0013]本发明基于球锥单极天线理论，设计了一种可用于变电站局部放电空间定位的新型特高频传感器。本发明提供的传感器采用球面锥形的结构，具有宽频带、全向、高灵敏度、驻波比低及群时延一致性好等特点，能有效满足放电源全向检测的要求，由多个传感器组成的特高频传感器阵列，可以对放电源进行空间准确定位，能够满足变电站局放源空间定位的要求。【专利附图】
【附图说明】
[0014]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0015]图1为本发明提供的特高频传感器的侧视示意图；
[0016]图2为本发明提供的特闻频传感器的俯视不意图；
[0017]图3为传统的球锥传感器的驻波比曲线；
[0018]图4为本发明提供的特高频传感器的驻波比曲线；
[0019]图5为传感器的群延迟曲线；
[0020]图6为仿真计算的传感器在600MHz的E面(Χ0Ζ平面)方向图；
[0021]图7为仿真计算的传感器在600MHz的H面(Χ0Υ平面)方向图；
[0022]图8给出了传感器的灵敏度He曲线。
[0023]图中:
[0024]I为球锥单极天线；
[0025]2为绝缘支撑件；
[0026]3为接地金属圆盘；
[0027]4为短接柱；
[0028]5为N型接头。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0030]为了实现变电站放电源的空间定位，传感器阵列中采用的特高频传感器设计时需要考虑如下几个方面的要求:
[0031]1.1宽频带
[0032]局放是宽频脉冲信号，频率可高达数GHz，且根据缺陷类型的不同，局放信号的主要频率成份相差较大，为了满足局放信号检测的需要，特高频传感器需要有较宽的频带，典型的特高频传感器的工作频率范围为500MHz-1500MHz。
[0033]1.2低反射损耗
[0034]当天线与馈线不匹配的时候，会产生反射损耗，反射损耗越大，天线的效率就越低。为了提高天线的效率，一般要求功率损耗小于10%，与这个指标相对应的，需要天线的驻波比小于2，即用于空间定位的特高频传感器驻波比应该小于2。
[0035]1.3稳定的群时延
[0036]群时延反映的是传感器对宽频信号不同频谱分量的响应情况。宽频信号由传感器接收后，如果传感器对信号各个频谱分量的响应相差较大，会导致信号发生色散现象，影响检测信号的波形。
[0037]对用于局放检测的宽频带传感器，群时延为常数是理想情况，当群时延稳定性差时，传感器接收到的局放脉冲波形上升沿会发生畸变，难以获得清晰的脉冲上升沿，影响对局放源的定位。为了满足空间定位的需要，工程上一般要求传感器有较好的群时延稳定性，波动幅度小于Ins。[0038]1.4各向同性
[0039]增益用来定量描述天线电磁波辐射能量的集中程度，根据天线的互易定理，增益反映的也是天线接收电磁波能量的集中程度。特高频传感器增益的定义:定向天线和无方向天线在预定方向产生的电场强度平方之比。
[0040]对于用于局放空间定位用的特高频传感器，要求其在各个方向上应具有近似相同的增益特性，即各向同性，传感器的增益接近OdB。
[0041]1.5高灵敏度
[0042]灵敏度反映的是传感器将空间电场转化为电压输出的能力。特高频传感器的灵敏度扎江)由下式来定义:
[0043]
【权利要求】
1.一种新型局部放电源空间定位用特高频传感器，其特征在于，包括:球锥单极天线(I)、绝缘支撑件(2)、接地金属圆盘(3)、短接柱(4)、N型接头(5)； 球锥单极天线(I)、绝缘支撑件(2)、接地金属圆盘(3)、N型接头(5)依次连接且同轴设置； 在球锥单极天线(I)的圆锥底部边缘设置有两个垂直于接地金属圆盘(3)的短接柱(4)，短接柱(4)的两端分别连接圆锥底部边缘和接地金属圆盘(3)，这两个短接柱(4)的中轴线以及球锥单极天线(I)的中轴线位于同一平面内。
2.根据权利要求1所述的新型局部放电源空间定位用特高频传感器，其特征在于，所述绝缘支撑件(2)的材料为环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的新型局部放电源空间定位用特高频传感器，其特征在于，H=7cm,ff=14cm,h=0.2cm,其中,H为球锥单极天线(I)的圆锥高度,W为球锥单极天线(I)的圆锥底面直径，h为球锥单极天线(I)的球锥顶点到金属圆盘距离。
4.一种特高频传感器阵列，其特征在于，包括多个阵列分布的权利要求1至3中任一项所述的新型局部放电源空间定位用特高频传感器。
【文档编号】G01R31/12GK103713242SQ201310739636
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】叶海峰, 钱勇, 胡岳, 汤林, 江秀臣 申请人:上海交通大学