[发明专利]一种用于开关柜局部放电监测的超高频宽带微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘状态在线监测技术领域，特别涉及一种用于开关柜局部放电监测的超高频宽带微带天线结构。

背景技术

开关柜作为电网中大量运用的设备，又与用户供电直接相关，其运行可靠性直接关系到供电质量和供电可靠程度。在高压电力系统中，由于制造工艺、运输、装配等原因导致的不可避免的绝缘劣化会产生局部放电，当绝缘劣化和局部放电水平达到一定程度时，可能会引起开关柜事故，给国民经济造成重大损失。因此，对开关柜局部放电进行在线监测，对于保障开关柜的安全可靠运行具有十分重要的意义。

开关柜中的局部放电伴随有一个脉冲电流的产生，其上升沿能达到纳秒级，发射的电磁波频谱很宽，包含有超高频信号(频率在300MHz～3000MHz的范围内)。基于此现象，可以应用超高频法对开关柜内的局部放电信号进行在线监测。此外，该方法还具有抗干扰性强、灵敏度高和准确性好等优点。

超高频天线作为接收局部放电信号的传感器，是超高频监测系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响着超高频信号的接受及其后续的信号处理，而性能较好的超高频天线应当具有频带宽、驻波比小、增益大、方向性好等特点。研究表明，内置式天线传感器灵敏度和抗干扰能力均比外置式天线传感器强，因此，选择内置天线传感器比较好。而对于内置天线传感器来说，其还应具有合理的尺寸和形状，且其安装不能影响设备内部的绝缘。目前用于开关柜局部放电在线监测的超高频天线传感器普遍存在以下不足：检测频带较窄，损失了较多的局部放电信息；天线增益较小，使得天线传感器灵敏度较低，不能捕捉开关柜内部微弱的局部放电信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有监测开关柜局部放电的超高频天线监测频带较窄和增益较小的缺点，提供了一种用于开关柜局部放电监测的超高频宽带微带天线传感器，其具有频带宽、驻波比小、增益大、方向性好、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

本发明提供的一种用于开关柜局部放电监测的超高频宽带微带天线，包括金属辐射贴片、介质基板、微带馈线、金属接地板和馈电端口，其中所述介质基板的背面印刷有金属接地板，所述介质基板的正面印刷有金属辐射贴片和微带馈线，所述金属辐射贴片和微带馈线的一端连接，微带馈线的另一端延伸至介质基板的底部，在所述介质基板的底部靠近微带馈线的部位设置有馈电端口，在所述馈电端口内安装SMA接头，SMA接头的内导体连接微带馈线，SMA接头的外导体连接金属接地板。

所述本发明微带天线采用微带线馈电方式。

在本发明的优选实施方式中，所述介质基板为长方形板状，其宽度范围为100mm～250mm，长度范围为150mm～270mm。其材料为介电常数为2.5～10.2、厚度为1mm～5mm的环氧树脂。

为了使本发明的效果更佳，所述金属辐射贴片为矩形，宽度为80mm～150mm，长度为100～170mm，且切去该矩形的四个角。通过将矩形辐射贴片的四个角切去的方式加入渐变结构。挖去所述金属辐射贴片的顶部中间部分和中间部位，实现了天线辐射贴片的小型化设计。所述金属接地板上方的中间部位开设有U型槽，用以改善天线传感器带宽性能。

所述金属辐射贴片、微带馈线和金属接地板的材料为铜或铝或银，厚度为5um～50um，并在其上表面镀有厚度为3um～12um的锡层，以便焊接SMA接头。

本发明的微带天线传感器在变电站、发电厂开关柜内部安装方便、抗干扰能力强、频带宽、增益大、方向性好，能够有效接收开关柜内部来自各个方向的微弱的局部放电超高频信号波形，进而提高实时监测结果的可靠性。

附图说明

图1为本发明的超高频宽带微带天线的结构示意图；

图2为本发明的超高频宽带微带天线的正面示意图；

图3为本发明的超高频宽带微带天线的背面示意图；

图4为本发明的超高频宽带微带天线仿真驻波比曲线图；

图5为本发明的超高频宽带微带天线实测驻波比曲线图；

图6为本发明的超高频宽带微带天线在500MHz时的实测辐射方向图；

图7为本发明的超高频宽带微带天线在750MHz时的实测辐射方向图；

图8为本发明的超高频宽带微带天线在1000MHz时的实测辐射方向图；

图9为本发明的超高频宽带微带天线在1250MHz时的实测辐射方向图；

图10为本发明的超高频宽带微带天线在1500MHz时的实测辐射方向图；