[发明专利]一种用于GIS 内部局部放电在线监测超高频传感器

说明书

技术领域

本发明涉及GIS内部局部放电在线监测领域，具体涉及一种应用于GIS内部局部放电在线监测超高频传感器。 

背景技术

随着GIS的广泛应用，其运行的可靠性越来越受到人们的关注。然而在制造和装配的过程中，不可避免地会存在一些绝缘缺陷，如自由金属微粒、固定突起、悬浮电位和绝缘气隙等。这些缺陷具有微小隐蔽的特点，在常规实验中难以发现。但是一旦GIS投入运行，就可能会引发局部放电，最终在长期运行的过程中会导致绝缘事故。因此，GIS内部局部放电的在线监测对于预防事故的发生，发现早期潜在危险有着重要的意义。 

局部放电信号产生的电流脉冲具有非常短的上升时间，这种脉冲包括了超高频段(UHF)内的频率成分。此时GIS可以看作为低损耗的同轴传输线，相当于一个良好的波导管，电磁波信号在其中传播衰减很小，所以用一个超高频信号传感器即可获得GIS内由局部放电产生的超高频信号。但是由局部放电产生的电磁波脉冲信号的频带非常随机，对任意横电波或者横磁波而言，只要高于其截至频率的电磁波信号均可以在GIS内传播。所以用于局部放电在线监测的天线装置应该选用超宽频天线。另外，常常被用作超高频范围(300MHz-3GHz)的传感器的超宽频天线的输入阻抗一般是135Ω左右。而同轴传输线 的阻抗一般为50Ω，若不采用阻抗变换的装置将传感器的输入阻抗由135Ω变换为50Ω，电磁波信号经过传感器时会产生很大的衰减。 

基于以上这两种原因，常用的局部放电在线监测超高频传感器存在着明显不足。 

例如中国专利申请号为200910104428.X，名称为“电气设备局部放电超高频定位监测装置及方法”的专利，利用套筒单极子天线作为超高频电磁波信号的接受装置。文中所述该天线的中心频率是425MHz，驻波比小于2的带宽仅为350MHz-500MHz，是窄带天线的一种。而GIS内部局部放电产生的超高频电磁波信号的频率范围非常广，若采用文中所述的套筒单极子天线作为高频电磁波信号的接收装置，频率高于500MHz的电磁波信号经过天线时能量会产生很大的衰减，进而在局部放电的在线监测过程中会造成信号的丢失和监测的失误。 

再如中国专利申请号为200320109957.7，名称为“一种超宽频带局部放电检测传感器”的专利，设计了一种带宽为100MHz-3000MHz的超宽频天线，却将一个50Ω的匹配阻抗直接与天线连接起来和同轴传输线匹配。由于阻抗的不匹配，电磁波在通过天线进入同轴传输线的时候会产生很大的回波损耗，也会在局部放电的在线监测过程中造成信号的丢失和监测的失误。 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明根据GIS内部自身结构的特点，设计并提供一种能够应用于GIS内部局部放电在线监测的超高频 传感器，其带宽为700MHz-3GHz。 

所述的平面等角螺旋天线是一种超宽频天线，用于接收局部放电产生的超高频电磁波信号。所述的阻抗变换器将平面等角螺旋天线的输入阻抗由135Ω变换到可由同轴传输线无损接受的50Ω，有效地减少了电磁波的回波损耗，提高了超高频信号的传输效率，从而更好地满足了GIS内部局部放电在线监测的要求。 

所述的平面等角螺旋天线由单面覆铜的微波板材加工制成，频带宽度700MHz-3GHz，其天线双臂与阻抗变换器连接，该平面等角螺旋天线经过高频仿真软件Ansoft HFSS仿真设计，并通过实验验证，其阻抗带宽为700MHz-3GHz，在不加入阻抗变换器时该天线的输入阻抗为135Ω。 

所述的阻抗变换器由双面覆铜的微波板材加工制成，其一端与天线双臂连接，另一端焊接SMA接头与输入阻抗为50Ω同轴传输线连接。该阻抗变换器采用指数渐变微带传输线，为了进一步满足GIS内部的结构狭小的特点，采取了外形的曲折化处理，在满足信号的无损传输的同时，使传感器的体积减小，能够将其安置在GIS内部。 

附图说明

图1是平面等角螺旋天线和阻抗变换器连接关系的侧视图。 

图2是平面等角螺旋天线的俯视图。

图3是阻抗变换器的侧视图。 

图4是所述的用于GIS内部局部放电在线监测超高频传感器的S11实测曲线。 

具体实施方式：

结合附图，对本发明专利做一详细说明。其中：图中斜线填充部分为覆铜，其余部分为介质基板。