專(zhuān)利名稱(chēng)：一種gis局部放電外置式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)檢測(cè)裝置，尤其涉及一種局部放電信號(hào)的檢測(cè)裝置。
技術(shù)背景 氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear, GIS)設(shè)備在由絕緣缺陷導(dǎo)致絕緣擊穿前，會(huì)產(chǎn)生局部放電(以下簡(jiǎn)稱(chēng)局放)。局放是GIS絕緣缺陷的征兆和表現(xiàn)形式。對(duì)GIS局放進(jìn)行檢測(cè)，能較早發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的絕緣缺陷，以便采取適當(dāng)措施，防止其進(jìn)一步發(fā)展造成事故。GIS中的局部放電是一系列具有極短上升時(shí)間的電流脈沖，其出現(xiàn)時(shí)伴隨著聲、光、化學(xué)產(chǎn)物等多種物理化學(xué)現(xiàn)象。研究表明，就單個(gè)局放脈沖而言，其上升時(shí)間可短至Ins以下，并在GIS腔體內(nèi)激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波。局放檢測(cè)超高頻法(Ultra-High-Frequency,UHF)于20世紀(jì)80年代初期由英國(guó)中央電力局(CEGB)實(shí)驗(yàn)室提出。其基本原理是通過(guò)對(duì)GIS中局部放電時(shí)產(chǎn)生的超高頻電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而獲得局放的相關(guān)信息。UHF法和其他局放檢測(cè)手段相比，其主要優(yōu)點(diǎn)包括靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等。在近十幾年來(lái)，UHF法得到了人們的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在UHF法理論研究，裝置設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)分析等方面做了大量的工作，并取得了一定的效果。盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)GIS局放檢測(cè)UHF法的研究和應(yīng)用已取得了一定的成果，但仍存在許多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。其中超高頻傳感器的形式和安裝方式是需要重點(diǎn)關(guān)注，有待深入研究的關(guān)鍵技術(shù)，其靈敏度和抗干擾能力都還有提高的空間。UHF傳感器是超高頻檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其功能是檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)以實(shí)現(xiàn)局部放電信號(hào)的獲取，并傳送給后臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。通常情況下，傳感器應(yīng)具備抑制低頻(300MHz以下)干擾的能力。因此，傳感器性能直接決定了整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的性能。UHF傳感器根據(jù)安裝方式可分為內(nèi)置式和外置式兩種。內(nèi)置傳感器安裝在GIS腔體內(nèi)，可獲得較高的檢測(cè)靈敏度，但對(duì)傳感器的可靠性也有較高要求。對(duì)于已投運(yùn)的GIS設(shè)備，大多數(shù)沒(méi)有安裝內(nèi)置傳感器，此時(shí)則需要采取外置傳感器。外置傳感器通常安裝在GIS盆式絕緣子上，通過(guò)檢測(cè)絕緣子泄露出來(lái)的電磁波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)，其檢測(cè)靈敏度不如內(nèi)置傳感器，但具有安裝靈活的特點(diǎn)，在GIS局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種GIS局部放電外置式傳感器，該外置式傳感器應(yīng)當(dāng)具有體積小巧、便于移動(dòng)和安裝的特點(diǎn)，并且其同時(shí)還應(yīng)具有較高的檢測(cè)靈敏度，以滿(mǎn)足對(duì)局部放電信號(hào)的檢測(cè)要求。為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型的發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供了一種GIS局部放電外置式傳感器，其包括一微帶天線(xiàn)，微帶天線(xiàn)包括—金屬的接地板，其具有一上表面和一下表面；[0009]—介質(zhì)基片，其具有一上表面和一下表面，介質(zhì)基片的下表面接觸接地板的上表面設(shè)置；—金屬貼片，其具有一上表面和一下表面，金屬貼片的下表面接觸介質(zhì)基片的上表面設(shè)置； 金屬貼片與接地板之間形成一射頻電磁場(chǎng)，射頻電磁場(chǎng)的方向垂直接地板所在的平面，并自金屬貼片指向接地板。在本技術(shù)方案中，由于在金屬貼片與接地板之間激勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)金屬貼片四周與接地板之間的間隙向外輻射，因此微帶天線(xiàn)能夠看作是一種縫隙天線(xiàn)。優(yōu)選地，在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，介質(zhì)基片的厚度為15_30mm。該介質(zhì)基片的厚度即為金屬貼片與接地板之間的間隙，其與波長(zhǎng)相比，厚度是很小的，因而微 帶天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了一維小型化，屬于電小天線(xiàn)，其具有體積小，重量輕，低剖面等特點(diǎn)。優(yōu)選地，在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，金屬貼片上具有一個(gè)孔洞，孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓相似。優(yōu)選地，在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，金屬貼片上具有若干個(gè)孔洞，各孔洞在金屬貼片上均布設(shè)置，孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓相似。上述設(shè)置方式是將金屬貼片設(shè)置為分形，其目的在于拓展天線(xiàn)接收的帶寬。如果一個(gè)圖形的部分以某種方式與其整體本身相似，這個(gè)圖形就稱(chēng)為分形。分形幾何的主要特征是具有自相似性和空間填充性(即分?jǐn)?shù)維)自相似性是指適當(dāng)?shù)姆糯蠡蚩s小結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，整個(gè)結(jié)構(gòu)并不發(fā)生改變，其在各種尺度上都有相同程度的不規(guī)則性；分?jǐn)?shù)維是指用某個(gè)特征數(shù)來(lái)測(cè)定其不平度、復(fù)雜性或卷積度。分形天線(xiàn)與傳統(tǒng)天線(xiàn)相比解決了兩個(gè)主要局限性(I)天線(xiàn)實(shí)際上是窄帶設(shè)備，它們的性能依賴(lài)于天線(xiàn)的電尺寸。這就意味著，對(duì)于固定的天線(xiàn)尺寸，天線(xiàn)的性能指標(biāo)(例如增益、方向圖等)將隨著工作頻率的改變而改變；分形的自相似性使得分形天線(xiàn)具有分形的性能特征，從而使其具有多頻性能；(2)把分形的迭代系統(tǒng)應(yīng)用于一些天線(xiàn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)天線(xiàn)尺寸的縮減。分形天線(xiàn)的一個(gè)重要的特性在于它能增加天線(xiàn)的工作帶寬，可以在寬頻帶或多頻帶下良好的工作。分形天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)自相似性使得其形狀在不同的尺度下都是相似的，從而構(gòu)成多頻段輻射特性，而且可以減小天線(xiàn)性能對(duì)電尺寸的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的小型化。因此，本技術(shù)方案采取分形理論進(jìn)行微帶天線(xiàn)中金屬貼片的設(shè)計(jì)，從而使微帶天線(xiàn)體積小巧、便于移動(dòng)和安裝，并同時(shí)具有較高的檢測(cè)靈敏度。優(yōu)選地，在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，金屬貼片的上表面和/或下表面外輪廓為矩形。由于GIS絕緣子外表面形狀通常為矩形圓環(huán)面，為了便于安裝和更好地接收電場(chǎng)波信號(hào)，本技術(shù)方案中優(yōu)選地將金屬貼片設(shè)計(jì)為矩形。在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，介質(zhì)基片為聚四氟乙烯基片。在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，介質(zhì)基片為玻璃纖維壓層基片。優(yōu)選地，在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，還包括一盒體，微帶天線(xiàn)設(shè)于盒體內(nèi)。優(yōu)選地，在上述的GIS局部放電外置式傳感器中，盒體的背面為金屬面，側(cè)面為金屬面，正面為絕緣面。金屬面能夠有效屏蔽外界的干擾，而絕緣面不會(huì)屏蔽電磁波，從而能夠在排除外界干擾的情況下，對(duì)局部放電發(fā)出的電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn)(I)本實(shí)用新型所述的外置式傳感器具有體積小巧、便于移動(dòng)與安裝的優(yōu)點(diǎn)；(2)本實(shí)用新型所述的外置式傳感器還具有較高的檢測(cè)靈敏度，從而保證了對(duì)局部放電的有效檢測(cè)。
圖I是本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器在一種實(shí)施方式中的微帶天線(xiàn)的立體結(jié)構(gòu)透視圖。圖2是本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器在一種實(shí)施方式下的使用狀態(tài)圖。圖3是本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器的金屬貼片在一種實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器的金屬貼片在另一種實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器的金屬貼片在又一種實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器的微帶天線(xiàn)在本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)如圖I所示，金屬貼片I的下表面與介質(zhì)基片2的上表面緊貼，介質(zhì)基片2的下表面與接地板3的上表面緊貼。其中，介質(zhì)基片2為聚四氟乙烯基片或者玻璃纖維壓層基片，其厚度為20mm，相對(duì)介電常數(shù)εΓ為3. 1，金屬貼片寬度W為60mm，長(zhǎng)度L為112.3mm。饋電點(diǎn)4對(duì)微帶天線(xiàn)進(jìn)行饋電。金屬貼片I與接地板3之間形成一個(gè)射頻電磁場(chǎng)，射頻電磁場(chǎng)的方向垂直接地板所在的平面，并自金屬貼片指向接地板。圖2顯示了本實(shí)用新型所述的GIS局部放電外置式傳感器在本實(shí)施例中的使用狀態(tài)。如圖2所示，微帶天線(xiàn)5安置在盒體6內(nèi)，金屬貼片面對(duì)著GIS設(shè)備內(nèi)部。該GIS局部放電外置式傳感器安裝在GIS外殼7的外側(cè)，并且安裝在GIS絕緣子8的外表面。金屬貼片、介質(zhì)基片、接地板均為矩形，便于更好的安裝于外表面為矩形圓環(huán)面的GIS絕緣子8。其中，盒體6的背面與側(cè)面均為金屬面，正面為絕緣面。金屬面能夠有效屏蔽外界的干擾，而絕緣面不會(huì)屏蔽電磁波，從而能夠在排除外界干擾的情況下，對(duì)局部放電發(fā)出的電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，局部放電發(fā)生在高壓導(dǎo)體9的某處，所產(chǎn)生的電磁波信號(hào)通過(guò)GIS絕緣子8泄露到安裝于GIS外殼7外側(cè)的GIS局部放電外置式傳感器，GIS局部放電外置式傳感器通過(guò)微帶天線(xiàn)5接受電磁波信號(hào)，從而檢測(cè)到GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電。圖3-圖5顯示了微帶天線(xiàn)上的金屬貼片在不同實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在一種實(shí)施方式中，金屬貼片上具有一個(gè)矩形孔洞，孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓相似。圖4顯示了在另一種實(shí)施方式中，金屬貼片的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，金屬貼片在圖3所示的金屬貼片的基礎(chǔ)上增設(shè)了 8個(gè)較小的矩形孔洞，各較小的孔洞在金屬貼片上均布設(shè)置在較大矩形孔洞的周?chē)?，所有孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓均相似。該實(shí)施方式采用了二次迭代Sierpinski分形設(shè)計(jì)的金屬貼片,進(jìn)一步增大了微帶天線(xiàn)的工作帶寬。圖5顯示了微帶天線(xiàn)上的金屬貼片在又一種實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，金屬貼片在圖4所示的金屬貼片的基礎(chǔ)上，在每個(gè)較小的孔洞周?chē)鲈O(shè)了 8個(gè)微小的矩形孔洞，各微小的孔洞在金屬貼片上均布設(shè)置在較小矩形孔洞的周?chē)?，所有孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓相似。該實(shí)施方式采用了三次迭代Sierpinski分形設(shè)計(jì)的金屬貼片，從而更進(jìn)一步增大了微帶天線(xiàn)的工作帶寬。需要說(shuō)明的是，雖然上述各實(shí)施方式給出的金屬貼片均為設(shè)有孔洞的金屬貼片，但是不開(kāi)設(shè)任何金屬孔洞的實(shí)心金屬貼片也是可以實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案的，其也在本技術(shù)方案所要保護(hù)的范圍內(nèi)。 要注意的是，以上列舉的僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，顯然本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，隨之有著許多的類(lèi)似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.ー種GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，其包括ー微帶天線(xiàn)，所述微帶天線(xiàn)包括 一金屬的接地板，其具有一上表面和一下表面； 一介質(zhì)基片，其具有一上表面和一下表面，所述介質(zhì)基片的下表面接觸接地板的上表面設(shè)置； 一金屬貼片，其具有一上表面和一下表面，所述金屬貼片的下表面接觸介質(zhì)基片的上表面設(shè)置； 所述金屬貼片與接地板之間形成ー射頻電磁場(chǎng)，所述射頻電磁場(chǎng)的方向垂直接地板所在的平面，并自金屬貼片指向接地板。
2.如權(quán)利要求I所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述介質(zhì)基片的厚度為 15_30mm。
3.如權(quán)利要求I或2所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述金屬貼片上具有ー個(gè)孔洞，所述孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓相似。
4.如權(quán)利要求I或2所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述金屬貼片上具有若干個(gè)孔洞，所述各孔洞在金屬貼片上均布設(shè)置，所述孔洞的輪廓與金屬貼片的外輪廓相似。
5.如權(quán)利要求I或2所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述金屬貼片的上表面和/或下表面外輪廓為矩形。
6.如權(quán)利要求I所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述介質(zhì)基片為聚四氟こ烯基片。
7.如權(quán)利要求I所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述介質(zhì)基片為玻璃纖維壓層基片。
8.如權(quán)利要求I所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，還包括ー盒體，所述微帶天線(xiàn)設(shè)于盒體內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的GIS局部放電外置式傳感器，其特征在于，所述盒體的背面為金屬面，側(cè)面為金屬面，正面為絕緣面。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種GIS局部放電外置式傳感器，其包括一微帶天線(xiàn)，微帶天線(xiàn)包括一金屬的接地板，其具有一上表面和一下表面；一介質(zhì)基片，其具有一上表面和一下表面，介質(zhì)基片的下表面接觸接地板的上表面設(shè)置；一金屬貼片，其具有一上表面和一下表面，金屬貼片的下表面接觸介質(zhì)基片的上表面設(shè)置；金屬貼片與接地板之間形成一射頻電磁場(chǎng)，射頻電磁場(chǎng)的方向垂直接地板所在的平面，并自金屬貼片指向接地板。
文檔編號(hào)G01R31/12GK202421426SQ20112052612
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者張衛(wèi)國(guó), 楊衛(wèi)東, 江秀臣, 王磊, 白萬(wàn)建, 盛戈皞, 胡岳, 陳靜 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 山東電力集團(tuán)公司菏澤供電公司