用于gis局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及GIS内部局部放电在线监测领域，具体涉及一种用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构。
【背景技术】
[0002]GIS以维护工作量少、结构紧凑、安装方便等诸多优点，在近年来已逐步成为超特高压电力系统项目建设中的主流设备，其运行的可靠性越来越受到人们的关注。因制造、运输、现场装配、运行和维护检修等多种因素影响，GIS不可避免的存在一些对绝缘性能产生威胁的绝缘缺陷，这些缺陷在早期常产生局部放电现象。局部放电若长期存在会使GIS的电气绝缘性能降低，最终导致绝缘故障。而采用适当的方法监测GIS内部的局部放电是判断GIS绝缘长期可靠性的一种有效手段，可及时发现早期潜在危险从而预防事故的发生。因此，实现GIS内部局部放电的在线监测，对防患事故、提高设备利用率、实现传统的“定期检修”到“状态检修”的转变具有重要的实际意义。
[0003]GIS中当很小的介质范围内发生短暂局部击穿时，会产生一个纳秒级的脉冲电流。这种脉冲能激励出具有超高频(UH1带范围(300MHz-3GHz)甚至更高频率成分的电磁波，并从放电源处逐渐传播开来。而GIS的腔体结构可看作低损耗的同轴波导管，电磁波信号在其内部可有效地传播。UHF法的原理就是利用一个超高频天线传感器接收这种由局部放电陡脉冲所激发并传播的超高频信号从而获得局部放电的有关信息。
[0004]局放超高频传感器分为内置式和外置式两种。其中外置式传感器具有安装方便、易于携带等特点，但易受外部电晕等干扰的影响，且接收信号较弱。另外，当前GIS制造商普遍使用有金属法兰包裹的绝缘子，这使得外置传感器无法接收从绝缘子处泄漏的电磁波。应用内置超高频传感器时，于GIS制造初期要在管道内预留安装位置，并将接收信号引到GIS体外构成监测系统，因此具有灵敏度高，不易受外部干扰和运行环境噪声影响等优点。
[0005]然而GIS内部有限的空间对传感器尺寸造成了一定限制，而且要严格保证气密封性，这就要求在GIS设计之初必须考虑传感器安装、信号引出线气密封以及传感器对腔体原有电场分布的影响，采用适当的传感器装配方法来获得更好的应用。同时，当前对传感器与传输线的阻抗匹配问题考虑不足，导致传感器输出信号不能完整、真实的反映放电特征。采用阻抗变换器能够解决超宽频带范围内的阻抗匹配问题，但如何在有限空间内完成阻抗变换器的安装和固定并满足实际工程要求，也是亟待解决的问题之一。以往方法中，天线本体与阻抗变换器的连接采用的是在天线本体上扎孔穿铜导线焊接连接的方式，这种方法虽经过了实验和性能测试，但连接不够牢固，不符合实际应用的要求，且手工焊点尺寸不易掌控，对阻抗匹配效果影响较大。另外，传感器的超宽频带特性是局部放电检测诊断的前提和必要保证，而传感器尺寸与带宽有直接关系。受GIS腔体空间限制，现有的内置传感器(例如目前最常用的圆盘型天线)带宽十分有限，如何真正实现内置传感器的超宽频带还有待解决。
[0006]基于以上的分析，当前在局部放电在线监测的内置式超高频传感器的安装和应用方面存在着明显不足，需要更加合理、科学和便捷的装配方法解决实际应用中的问题。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸小、安装操作简单方便、固定牢固可靠、气密性能好、阻抗匹配精度高、可实现传感器位置调节并具有一定通用性和适用性的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构。
[0008]为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是:
用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其关键技术在于包括了扣合在GIS设备腔体上的金属盖板、通过金属螺栓固定在金属盖板内侧的天线本体和贴合固定在所述天线本体下表面的阻抗变换器;所述金属盖板上安装有天线本体和阻抗变换器的一侧朝向GIS设备腔体内安装;所述阻抗变换器位于天线本体和金属盖板之间;所述内置式超高频传感器包括天线本体、阻抗变换器和SMA接头；
所述金属螺栓一端固定在天线本体的非导电区域，其另一端与所述金属盖板连接；所述天线本体正面上的馈线连接处设有导电通孔，所述导电通孔内侧壁上覆有与所述天线导电臂电连通的导电带；
所述阻抗变换器一端设有长度略高于天线本体厚度的凸起，所述凸起的大小与导电通孔相匹配且设置在导电通孔内，组装时从天线本体的背面插入，所述凸起在天线本体正面露出的两侧导电部分通过焊锡分别与天线本体正面馈线连接处的天线导电臂直接焊接连通，是保证电连接的基础，而插入后导电通孔内的导电带与所述凸起上的金属导电部分紧密接触是针对电连通性和安装稳固性的进一步保障;所述阻抗变换器通过用热熔胶与天线本体的背面进行粘接，进一步提高了两者连接的稳固性;所述阻抗变换器的另一端设有SMA接头，所述SMA接头经双层屏蔽同轴线连接具有气密封工艺的BNC接头；
所述金属盖板上设有与BNC接头形状匹配的信号导出孔，所述BNC接头密封固定在所述金属盖板的信号导出孔中。
[0009]进一步的，本发明其还包括线卡，所述双层屏蔽同轴线通过线卡固定在相邻的金属螺栓上。
[0010]进一步的，所述阻抗变换器与天线本体下表面之间通过热熔胶连接固定。
[0011]进一步的，所述天线本体与金属盖板经金属螺栓连接固定，所述金属螺栓长度可根据内置式超高频传感器在GIS设备腔体内安装深度要求而确定，能够满足天线本体与GIS设备腔体内表面平行的设置关系。
[0012]进一步的，所述金属盖板上还设有环形槽，所述环形槽内设有法兰密封垫圈，并涂抹有密封硅脂，实现金属盖板与GIS设备腔体的密封。
[0013]进一步的，在所述天线本体的非导电区域上对称设有螺栓孔，所述金属螺栓的一端通过螺栓孔与所述天线本体固定连接，每个金属螺栓上在紧邻天线两侧加塑料垫片。
[0014]所述金属盖板上设有与螺栓孔位置相对应的安装沉孔，所述金属螺栓的另一端加弹簧垫片、平垫片后固定在金属盖板的安装沉孔中，实现内置式超高频传感器与金属盖板的组装与固定。
[0015]进一步的，所述金属盖板上的信号导出孔为带上、下凹台的缺边圆形通孔，其上凹台内侧的表面粗糙度不大于Ral.6，其下凹台内侧的表面粗糙度不大于Ra3.2。
[0016]进一步的，具有密封工艺的所述BNC接头的接头密封垫圈装在位于金属盖板内侧的上凹台处，具有密封工艺的所述BNC接头的紧固垫片和螺母装在位于金属盖板外侧的下凹台处，紧固好所述螺母后，在接头密封垫圈以及金属盖板外侧的紧固垫片周围涂抹密封胶。
[0017]进一步的，所述金属盖板上还设有安装通孔，所述安装通孔与GIS设备腔体上的法兰通过螺栓紧固。
[0018]进一步的，根据内置式超高频传感器扩展宽带低频下限的需要，当需要扩展时，将所述天线本体的天线导电臂分别通过导线与其紧邻的所述金属螺栓电连接。本发明设计将天线本体的天线导电臂分别通过导线与其紧邻的所述金属螺栓电连接，延长了天线导电臂的电尺寸，在有限的GIS内部空间中不加大天线本体和阻抗变换器尺寸的前提下，有效的降低了内置式超高频传感器的低频下限。
[0019]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(I)本发明有效解决了在GIS现场条件复杂情况下，天线本体稳定安装的问题，且可通过调节金属螺栓的高度适应现场空间的大小;通过在阻抗变换器上设置凸起与天线本体插入式组装，使