[发明专利]一种局部放电UHF传感器及数据采集系统

说明书

本发明公开了一种局部放电UHF传感器及数据采集系统，所述UHF传感器置于盆式绝缘子金属环的法兰孔上，所述UHF传感器包括天线和腔体，所述腔体包括与金属环接触的腔体面和金属腔体面，所述腔体内设有吸波材料，所述天线置于吸波材料上，所述天线与一同轴馈线连接。本发明的采用有限元软件仿真和天线实测的方法，解决局部放电检测用天线的尺寸和低谐振频率的矛盾。

技术领域

本发明涉及气体绝缘开关领域，特别涉及一种局部放电UHF传感器及数据采集系统。

背景技术

气体绝缘开关设备(Gas lnsulated Switchgear，GIS)是特高压电网中的重要组成设备之一，它将一座变电站中的断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、隔离开关、接地开关、母线、电缆终端、进出线套管等优化设计后分别装在各自密封间中最后集中组装在一个充以SF6作为绝缘介质的整体外壳中。尽管高压GIS基本属于检修周期较长的高压开关设备，但是从近40年的投入使用的GIS运行状况看，其内部的绝缘缺陷会引起内导体和外壳之间的绝缘部分击穿，即发生局部放电。局部放电发生时伴随有物理的、化学的、光的、电以及磁的效应。实用的GIS的局部放电检测方法大致可以分为耦合电容法、超声波法、超高频法、化学法、光学法。

在现有技术当中，对用于高压GIS局部放电检测的超高频传感器进行了研究，设计了灵敏度及抗干扰能力强的超高频传感器，并对其进行了频率响应特性分析，研发出了基于UHF法的高压GIS局部放电在线监测系统。也有在超高频传感器电磁耦合及电磁波信号传输特性方面展开了专门的研究，针对GIS同轴结构中局部放电脉冲所激发的电磁波宽频带特性，设计出一种新型局部放电超高频检测非频变超高宽带天线，可满足GIS局部放电超高频检测要求，建立的系统可以方便地实现GIS局部放电检测和局部放电源的定位。同时，现有技术中还建立了基于超高频包络检波的GIS局部放电检测系统，分析了检测系统测量过程中可能混入的几种噪声，证明了包络检波后信号中的噪声主要是白躁声，并采用基于小波变换的滤波算法对白噪声进行了抑制，提出了改进阀值的小波滤波算法。在GIS PD信号的理论仿真方面，现有技术均采用传统的脉冲波形描述PD信号，如单指数衰减脉冲、双指数衰减脉冲、单指数衰减震荡脉冲、双指数衰减振荡脉冲。

以上的研究都是建立在天线和高速示波器构成的局放仪上，但所使用的天线如对数周期天线和阿基米德螺旋天线具有尺寸大的缺点，高速示波器具有体积大和笨重的劣势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、空间占有率高的分形天线结构，来提高UHF传感器的灵敏度；再基于这种UHF传感器设计一套高速大容量数据采集系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种局部放电UHF传感器，所述UHF传感器置于盆式绝缘子金属环的法兰孔上，所述UHF传感器包括天线和腔体，所述腔体包括与金属环接触的腔体面和金属腔体面，所述腔体内设有吸波材料，所述天线置于吸波材料上，所述天线与一同轴馈线连接。

优选的，所述腔体面为透波材料，所述金属腔体为金属屏蔽材料。这样，透波材料的透波性能提高UHF传感器的灵敏度；金属屏蔽材料屏蔽干扰信号的作用，同时也能够保护天线免受腐蚀的作用。

优选的，所述天线为Hilbert分形天线，所述Hilbert分形天线的阶数为3，FR4介质板厚度为1.6mm，导线宽度为2mm，天线边长为8mm。这样设计的天线具有宽频带和小尺寸的优点。

本申请还包括一种局部放电数据采集系统，包括信号调理电路、AD转换电路、FPGA最小系统、SDRAM数据缓存模块、STM32最小系统、LCD数据显示模块、SD卡数据记录模块和以太网数据传输模块；

所述信号调理电路通过一对数检波器与UHF传感器连接，所述信号调理电路通过AD转换电路与FPGA最小系统连接，所述FPGA最小系统通过STM32最小系统与以太网数据传输模块，所述FPGA最小系统与SDRAM数据缓存模块连接，所述STM32最小系统与LCD数据显示模块和SD卡数据记录模块连接。