局部放电超高频非接触式检测用天线传感器的研究

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1、局部放电超高频非接触式检测用天线传感器的研究局部放电超高频非接触式检测用天线传感器的研究1,21111陈攀,唐建军,贺胜,蒲彦红,何建林（1,重庆市电力公司江北供电局4011472，重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室400044）[2][3]摘要：本文研制了一种用于非接触检测电气设备局部放。因此对电气设备局部放电检测和诊断的研[4]电超高频信号的天线传感器。倒锥单极子天线比起传统究具有深远的科学意义和广泛的实用价值。的单极子振子天线具有更好的宽带和增益性能，使用有超高频局部放电检测法虽然研究和应用的限元法对倒

2、锥单极子天线进行计算，选取了不同锥高和时间不长，但由于其具有灵敏度高、抗干扰性好锥角的天线外形进行分析，根据局部放电超高频信号检的优点从而在国内外得到了广泛的关注和研究。测的要求优化设计出最适合的天线传感器。该天线的实该方法目前主要的研究方向是针对电力变压器测结果显示其具有水平面全向性，工作频带在和GIS等重要电力设备的局部放电检测以及相关200MHz~2GHz以上，工作频带内平均增益为4.5dB，同体系的完善，具体应用是将体积很小的天线传感仿真相符合，良好的宽带和增益性能有助于检测到微弱器装在设备内部或表面，在电气设备正常

3、工作时的局部放电脉冲信号。另外，该天线由于其水平面的全通过天线接收到的超高频信号波形和幅值来判向性以及体积小、结构简单和便于安装的优点，在将来断设备是否发生局部放电，在研究和实际应用中[5][6]还可开发出移动式或固定式阵列进行一定范围内电气设都取得了一定效果。备局部放电超高频检测及故障定位，具有较大的科学意目前超高频法所使用的天线传感器无论安[7][8]义和良好的应用前景。装在设备内部或者表面都会同设备发生接触[9]，有些设备为了安装天线甚至需要专门重新设关键词：天线局部放电非接触检测计外形，这些都难免会对设备的正常运行造

4、成影响。在此基础上，若能开发一种同设备不发生任0前言何电和物理的接触而检测到其局部放电超高频信号的天线传感器，则可以有效避免对设备运行随着电力系统电压等级和规模的不断提升的影响，从而实现对运行中设备进行无损的局部以及国家电网公司建设统一坚强智能电网工作放电监测。传统的超高频天线传感器由于安装于的深入开展，对电力系统运行安全性和可靠性的设备内部或者贴近设备，因此增益往往较低，同要求日益提高。而对于电力系统而言，多数故障时体积也比较小，而对于本文研究的天线传感发生在变电站内，所以保障变电站安全是维护电器，由于要远离设备一定距离进

5、行监测，因此要力系统安全的重要内容。电力设备内部发生局部求天线的增益要足够大，并且具有全向性和宽频放电现象（PD）是导致电气设备老化或劣化甚至带的特性，这样适合于监测一定范围内电力设备[1]损坏从而引发电力系统事故的重要原因之一。的局部放电情况，比起之前监测单台设备的方法高压电气设备的绝缘内部总是存在一些缺陷，如[10]具有更好的经济性和实用性。气泡间隙和杂质等。在强电场作用下这些缺陷处有可能发生局部放电，特别是在绝缘内部存在气1天线设计要求及选型泡时，在气泡处首先发生电离，产生局部放电。局部放电产生的同时，有热、声、臭氧、

6、氧化氮1.1天线基本性能等产生，腐蚀绝缘材料，使之脆化、碳化等，造成不可恢复的损伤；同时放电产生带点质点，在电气设备局部放电超高频法所用天线关注电场作用下撞击气隙表面的绝缘材料。这种腐蚀的指标是天线带宽、增益和方向图。和撞击的损伤若扩大，可使整个绝缘击穿或闪络其中天线带宽对于常用的单极子天线而言497重庆市电机工程学会2010年学术会议论文是指天线驻波比小于2的频带。驻波表示天线和另外一臂由盘型地面代替形成不对称结构。单极馈线的阻抗匹配程度，体现天线中正向波和反向子天线中最简单的是如图1所示的单极子振子天波的情况，因此天线的

7、驻波比带宽即为天线的阻线，一般用镜像法对其进行分析。单极子振子天抗带宽。驻波比VSWR可以用公式（1）表示，线以盘地面为对称面，构建出振子臂的镜像，振其中K表示反射系数：子臂同其镜像电流的大小、相位、方向一致，因1+K此单极子天线盘型地面上部分方向图同偶极子VSWR=………………（1）1-K天线上半部分方向图相同。天线增益指在输入功率相等的情况下，实际公式（4）是自由空间内单极子天线的辐射天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生场，其中β=2π/λ，θ是空间点同振子的垂直夹角，的信号功率密度之比。对局部放电信号的检测而r是空

8、间点距离振子馈电点的距离，而l是振子的言，同等信号强度条件下天线增益越大检测的距长度：离越远。全向直立天线的增益可以用公式（2）60Imcos(bllcosqb)-cos()-jrbE=je××…（4）q进行计算，其中l表示天线长度，λ表示天线中rsinq作的中心波长：Gl=10lg(2/