用于配网线路特高频局部放电定向的传感器及装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于定向的传感器及装置，尤其涉及一种用于特高频局部放电定向的传感器及装置。


背景技术：

2.众所周知，配电线路上的各类设备数量较多，当线路上任何一个节点出现故障时，都可能会导致整条线路的瘫痪。
3.因此，为了及时反映配电线路的运行状况，常常需要对配电线路上的各类设备进行局部放电检测，利用局部放电检测可以对设备的损坏程度进行有效评估，为提前发现设备缺陷隐患提供的一种途径。
4.然而，在当前现有技术中，配电线路主要通过采用超声传感器接收可疑的放电信号，而这种采用超声传感器的技术方案实际应用效果欠佳。这是因为：配电线路上局部放电产生的超声波信号极为微弱，较难被捕获采集。此外，超声波信号在空气中的传播极易受现场环境的干扰，这一特性也会进一步导致局部放电检测的精度不佳。
5.基于此，为了解决上述现有技术所存在的问题，实用新型人期望获得一种新的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器及装置，其易于实施，并且对于硬件要求低，有着较高的定向精度。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的之一在于提供一种用于配网线路特高频局部放电定向的传感器，该传感器对于硬件要求低，其可以对配网线路的特高频局部放电源进行定向，且具有较高的定向精度。
7.基于上述目的，本实用新型提出一种用于配网线路特高频局部放电定向的传感器，其包括：
8.正十二面体框架；
9.至少六个偶极子天线，其分别对应设于正十二面体框架的至少六个面上，其中各所述偶极子天线用于检测局部放电源的特高频局部放电信号；
10.信号采集装置，其与各偶极子天线的数据输出端连接，以接收各偶极子天线检测的特高频局部放电信号，并基于各偶极子天线检测的特高频局部放电信号的幅值对局部放电源进行定向。
11.需要指出的是，本实用新型能够基于特高频局部放电信号的幅值大小和特殊的偶极子天线阵列布置实现对局部放电的定向，由于阵列具有面阵特性，由正十二面体框架和至少六个偶极子天线所构成的特高频传感器立体面阵经检测所给出的局部放电源定向结果是二维的，也就是说，每一个特高频局部放电数据其均含有(x，y)二维位置坐标，以及与该二维位置坐标对应的局部放电幅值信息(或称为强度信息)。
12.由于特高频传感器立体面阵并不是平面的，而是立体的，对于单一局部放电源而
言，其可以确保特高频传感器立体面阵中的各个偶极子天线具有不同的朝向，即每个偶极子天线检测到的同一局部放电源的特高频局部放电数据均具有一定差异性。其中，正对着局部放电源的偶极子天线所接收到的特高频局部放电信号幅值最大，其他朝向的偶极子天线所接收到的特高频局部放电信号幅值相对较小，且随着朝向的不同，具有不同的幅值。由此，基于这一原理，根据特高频局部放电信号幅值的大小，即可对局部放电进行定向。
13.因此，本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器的结构简单，易于实施，且对于硬件要求低，定向精度较高，有着较好的应用前景。
14.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，六个偶极子天线分别设于所述正十二面体框架的六个相邻面上。
15.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，所述每一个偶极子天线均包括：介质基板以及贴附于介质基板上的成对设置的椭圆形金属贴片，所述椭圆形金属贴片彼此之间轴对称设置，椭圆形金属贴片的长轴方向与成对设置的金属贴片的对称轴的延伸方向一致。
16.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，所述椭圆形金属贴片的长轴a为55-65mm。
17.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，所述椭圆形金属贴片的短轴b为25-35mm。
18.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，所述介质基板为环氧树脂玻璃纤维板。
19.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，所述介质基板的相对介电常数为4.1-4.5。
20.进一步地，在本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器中，各所述椭圆形金属贴片上均对应设有馈电点，所述偶极子天线的数据输出端与各馈电点对应连接，所述数据输出端背向于椭圆形金属贴片设于介质基板的另一侧。
21.相应地，本实用新型的另一目的在于提供一种用于配网线路特高频局部放电定向的装置，该用于配网线路特高频局部放电定向的装置能够对配网线路以及设备进行巡线检修，其可以对局部放电源进行精确定向。
22.基于上述目的，本实用新型提出一种用于配网线路特高频局部放电定向的装置，其包括：用于飞行巡检的无人机以及设于无人机上的如本实用新型上述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器。
23.相较于现有技术，本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器及装置具有如下所述的优点以及有益效果：
24.本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器对于硬件要求低，其可以对配网线路的特高频局部放电源进行定向，且具有较高的定向精度，其具有良好的推广前景和应用价值。
25.此外，由于本实用新型所述的传感器对硬件性能要求不高，且装置轻巧，其能够满足常用的无人机负荷要求，适合挂载于无人机上对配网线路及设备进行巡线检修，并对局部放电源进行精确定向，其可以提前发现设备缺陷隐患，以协助操作人员排除配网线路的安全隐患。
附图说明
26.图1为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的偶极子天线的结构正视图。
27.图2为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的偶极子天线的结构侧视图。
28.图3示意性地显示了本实用新型所述的偶极子天线在一种实施方式下处于1100mhz下的增益方向图。
29.图4为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的六个偶极子天线布置在正十二面体框架上的结构示意图。
30.图5为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的二维定向结果。
具体实施方式
31.下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器及装置做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本实用新型的技术方案构成不当限定。
32.在本实用新型中，实用新型人创造性的设计了一种用于配网线路特高频局部放电定向的传感器，其具体可以包括：正十二面体框架2(如图4所示)、信号采集装置和六个偶极子天线1(如图1所示)。其中，在本实施方式中，传感器中的各个偶极子天线1的结构如下述图1和图2所示。
33.图1为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的偶极子天线的结构正视图。
34.图2为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的偶极子天线的结构侧视图。
35.如图1和图2所示，在本实施方式中，本实用新型所述的传感器所采用的每一个偶极子天线1均包括：介质基板3以及贴附于介质基板3上的成对设置的椭圆形金属贴片4。其中，介质基板3可以选用为环氧树脂玻璃纤维板(fr4)，两个椭圆形金属贴片4均贴附在环氧树脂玻璃纤维板平面上。
36.结合参阅图1和图2可以看出，在本实施方式中，两个椭圆形金属贴片4彼此之间呈轴对称设置，且椭圆形金属贴片4的长轴方向与两个椭圆形金属贴片4的对称轴的延伸方向一致。其中，各个椭圆形金属贴片4上均对应设有馈电点5。
37.需要说明的是，在本实用新型所述的偶极子天线1中，各馈电点5均与偶极子天线1的数据输出端对应连接，且数据输出端可以采用背馈设置的方式，背向于椭圆形金属贴片4设置在介质基板3的另一侧。
38.相应地，在本实用新型中，六个偶极子天线1的数据输出端均分别与信号采集装置连接，以确保信号采集装置能够接收到各个偶极子天线1检测的特高频局部放电信号，并基于各个偶极子天线1检测的特高频局部放电信号的幅值对局部放电源进行定向。
39.如图1所示，设定椭圆形金属贴片4的长轴为a，短轴为b，介质基板3的相对介电常数为εr，则可以求得该偶极子天线1在四分之一波长时的谐振中心频率f为：
[0040][0041]
在上述公式中，短轴b的单位为mm，谐振中心频率f的单位为mhz；椭圆形金属贴片的长轴a可以控制在55-65mm之间；椭圆形金属贴片的短轴b可以控制在25-35mm之间；介质基板3的相对介电常数εr可以为4.1-4.5。
[0042]
在本实用新型中，增加椭圆形金属贴片4的椭圆率可扩展偶极子天线1的阻抗带宽，因此，为了扩展偶极子天线1的带宽，要尽量增大椭圆形金属贴片4的长轴a和短轴b。
[0043]
综合考虑带宽和实际尺寸限制，在本实施方式中，将偶极子天线1的参数设置为：a＝60mm，b＝30mm；介质基板3的相对介电常数εr为4.4；偶极子天线1采用背馈设置的sma型连接器作为数据输出端，以确保检测的特高频局部放电信号能够经同轴电缆和50欧姆sma型连接器输出。最终所设计的偶极子天线1中心谐振频率为1190mhz。
[0044]
图3示意性地显示了本实用新型所述的偶极子天线在一种实施方式下处于1100mhz下的增益方向图，其中xoz和yoz表示不同的平面。
[0045]
如图3所示，本实用新型所述的偶极子天线1的增益具有明显的方向性，即当局部放电正对偶极子天线1时，其局部放电信号增益数值最大；当局部放电背对偶极子天线1时，其局部放电信号增益数值最小。
[0046]
由此，为了进一步加强不同方向接收局部放电信号的幅值存在差异这一特性，本实用新型将6个偶极子天线1布置于一个正十二面体上，构成一个半正十二面体天线阵列，其显著不同于已有局放检测的阵列布置方式，具体布置方式如下述图4所示。
[0047]
图4为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的六个偶极子天线布置在正十二面体框架上的结构示意图。
[0048]
如图4所示，在本实施方式中，六个偶极子天线(偶极子天线11、偶极子天线12、偶极子天线13、偶极子天线14、偶极子天线15、偶极子天线16)分别设于正十二面体框架2的六个相邻面上。通过这种设置，能够使六个偶极子天线与正十二面体框架2组成一个特高频传感器立体面阵，基于组成的这种面阵可以进一步给出局部放电的二维定向结果。
[0049]
需要说明的是，由这六个偶极子天线与正十二面体框架2所组成的特高频传感器立体面阵并不是平面的，而是立体的，这样可以确保面阵中的六个偶极子天线对于单一局部放电源而言，具有不同的朝向，即每个偶极子天线接收到的同一局部放电源的局部放电信号均具有一定差异性。其中，正对着局部放电源的偶极子天线所接收到的局部放电信号幅值最大，其他朝向的偶极子天线所接收到的局部放电信号幅值相对较小，且随着朝向的不同，具有不同的幅值。
[0050]
在本实用新型中，信号采集装置基于接收自各偶极子天线检测的特高频局部放电信号，可以进一步构建下述图5所示的二维定向结果图，基于二维定向结果图可以得到最终的定向结果。
[0051]
在本实用新型中，在构建二维定向结果图时，每一个特高频局部放电信号均包括它们自身的x坐标、y坐标以及与之对应的幅值。其中，幅值大小可以用不同深浅的颜色表示，幅值越大则颜色越深，幅值越小则颜色越浅。基于这种设计，可以将样本数据以不同深浅颜色的图像来表征，图像中颜色最深处(幅值最大处)即可对应表示最终定向结果。
[0052]
图5为本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器在一种实施方式下的二维定向结果。
[0053]
如图5所示，在本实施方式中，ant01、ant02、ant03、ant04、ant05、ant06分别对应于六个偶极子天线，基于六个偶极子天线(11、12、13、14、15、16)所接收到的局部放电信号幅值所生成的二维定向结果图，可以对局部放电源进行定向。其中，局部放电信号幅值最大的偶极子天线16(ant06)所朝向的方向即为局部放电源的方向。
[0054]
综上所述可以看出，在本实用新型中，本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器的具体工作流程，如下所述：
[0055]
(1)将6个偶极子天线(11、12、13、14、15、16)分别设于正十二面体框架2的六个相邻面上，以构成一个半正十二面体天线阵列。
[0056]
(2)当远处配网线路发生一次局部放电时，6个偶极子天线接收到特高频局部放电信号，并通过与信号采集装置连接的数据输出端将检测到的特高频局部放电信号输出至信号采集装置。
[0057]
(3)信号采集装置根据6个偶极子天线检测的特高频局部放电信号的幅值生成二维定向结果图，其中幅值最大的偶极子天线所对方向即为特高频信号源的方向。
[0058]
综上所述可以看出，本实用新型所述的用于配网线路特高频局部放电定向的传感器对于硬件要求低，其可以对配网线路的特高频局部放电源进行定向，且具有较高的定向精度，其具有良好的推广前景和应用价值。
[0059]
此外，由于本实用新型所述的传感器对硬件性能要求不高，且装置轻巧，其能够满足常用的无人机负荷要求，适合挂载于无人机上对配网线路及设备进行巡线检修，并对局部放电源进行精确定向，其可以提前发现设备缺陷隐患，以协助操作人员排除配网线路的安全隐患。
[0060]
需要说明的是，本实用新型的保护范围中现有技术部分并不局限于本技术文件所给出的实施例，所有不与本实用新型的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本实用新型的保护范围。
[0061]
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
[0062]
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本实用新型的具体实施例。显然本实用新型不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本实用新型公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本实用新型的保护范围。