检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器，其特征是：包括一个顶部开口和侧面出线的金属盒，所述金属盒顶部设有绝缘介质板，所述绝缘介质板表面设有阿基米德螺旋曲线结构的双臂接收天线，所述金属盒内设有盘旋结构的巴伦馈电，所述金属盒底部设有反射腔，与盘旋结构的巴伦馈电连接的馈电信号线由侧面伸出金属盒与N-TYPE接口相连。本实用新型专利技术能有效获取超宽带范围内的超高频信号、传感器尺寸小，传感器的增益和工作频带高；使用时，直接安装在开关柜底部，能有效接收到由于开关柜发生局部放电产生的高频电磁波，抑制开关柜外部的噪声影响，减小电磁波的传输距离。可用于变电站的开关柜局部放电超高频在线监测系统。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种传感器，特别是一种用于检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器。
技术介绍
近年来，随着电力系统电压等级的不断增高，电网规模的不断发展，变电站的数量也在不断增加，为保证电力系统能够持续安全的发展，电网能够安全可靠的运行，需要电力设备安全可靠的运行作为前提和基础。随着变电站的不断发展，成套开关设备被越来越多的使用，开关柜的使用也越来越广泛，而开关柜的结构发杂，零件繁多，绝缘压力大，相对其他开关设备而言更加容易出现绝缘故障，而绝缘故障也是电力设备最主要的故障形式，会对电力设备的运行带来严重的危害。局部放电反映着绝缘的老化和衰退，也预示着绝缘故障的发生，但是局部放电不是一个持续性的过程，可能长时间不发生局部放电，但在工作环 境改变或者正常运行的情况下突然发生短时间的持续局部放电，是一种突发性的故障，定期检测和突击性检测都难以检测得到这种局部放电故障，而实施在线监测就能够对局部放电进行有效的检测。因此，通过在线检测开关柜的局部放电，可以检测开关柜的绝缘情况，及时发现潜在性的故障和突发性的故障，提高开关柜运行的可靠程度，保证变电站的安全运行，从而保障电力系统的安全运行。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，可以产生在数十至数GHz频带的放电脉冲信号，就是利用局部放电能够产生高频宽带电磁场的特性，超高频法检测局部放电所激发的超高频段(300MHz-3GHz)的电磁波信号，从局部放电的电磁波特征分析放电的情况，了解绝缘故障的情况。通过超高频法，能够有效避开电气设备所处电磁环境中的电磁干扰信号(如无线电广播、电力网的载波通信、电晕放电等的频带都是在200MHz以下)，使得该方法具有较强的抗干扰性，从而得到高信噪比的信号，而且，该方法灵敏度高，准确性好。超高频方法采用的传感器为超高频天线，用于接收和采集局部放电产生的超高频电磁波，而且由于电磁波的分布频带宽，要求使用超宽频天线以获取足够多的电磁波信号，因此，用于接收电磁波信号的高频超宽带天线的性能直接决定了其采集得到的超高频信号的可处理程度，为了能够接收到易于处理，携带信息含量多的超高频信号，天线传感器应当具有频带宽、增益大、方向性好，抗干扰能力强等特点。而超高频信号在空气中的衰减速度非常严重，为了进一步得到较好的信号，常常采用内置传感器，以减少信号的传输距离和抑制开关柜外部的噪声，而除此之外，作为内置天线传感器来说，还应当具有合理的尺寸和形状，其对设备内部的绝缘的影响很小甚至没有影响。现有的用于监测成套开关设备局部放电的超高频天线，多为外置天线，如2009年9月9日公开的公开号为CN101527221A的“一种外置式的GIS局部放电的超高频监测传感器”专利，公开的传感器由电介质本体和两个电极板组成，其电介质本体由上底面为矩形、下底面为内弧面的四棱锥台，以及与四棱锥台上底面相连为一体的长方形组成。其两个电极板分别贴附在四棱锥台的两个底面为弧线的侧面上，并延伸至所述长方形的相应矩形面上。相对于超高频方法的要求，该天线传感器的主要缺点是①该天线传感器外围结构是为安装在GIS盆式绝缘子外侧而设计，结构较为复杂，体积较大，不适于安装在电气设备内部；②该天线传感器是外置式传感器，由于高频电磁波在空气中的衰减严重和开关设备对于电磁波的屏蔽作用，而且，天线传感器本身增益不大，该天线传感器灵敏度较低，要精确地捕捉由于开关设备内部绝缘发生的局部放电而泄露出来的电磁波信号较为困难。专利技术的内容针对上述现有技术的不足，本技术的目的是提供一种可有效防止外界干扰的高频超宽带内置式传感器。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是这样的即一种检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器，其特征是包括一个顶部开口和侧面出线的金属盒，所述金属盒顶部设有绝缘介质板，所述绝缘介质板表面设有阿基米德螺旋曲线结构的双臂接收天线，所述金属盒内设有盘旋结构的巴伦馈电，所述金属盒底部设有反射腔；与盘旋结 构的巴伦馈电连接的馈电的信号线由侧面伸出所述金属盒与N-TYPE接口相连。所述阿基米德螺旋曲线结构的双臂接收天线的接收的频率范围为400MHZ-1. 6GHz。所述金属盒底部设置有接地板。本技术由于上述的技术方案而具有以下效果I、所述传感器的接收天线双臂采用阿基米德螺旋曲线结构，检测频带为400MHZ-1. 6GHz，能够有效获取超宽带范围内的超高频信号；2、所述传感器使用高介电常数的绝缘介质层，能够增加天线的工作带宽和提高信号的增益；3、所述传感器的馈电巴伦使用盘旋结构，能够有效减小传感器的尺寸，以满足安置在开关柜内部的尺寸和形状的要求，几乎不会对开关柜的绝缘造成影响；4、所述传感器底部的反射腔能够吸收电磁波，防止电磁波的反射，提高传感器的增益和工作频带，优化传感器的方向性；5、所述传感器在使用时，直接安装在开关柜底部平面上，能够有效接收到由于开关柜发生局部放电产生的高频电磁波，有效地抑制了开关柜外部的噪声影响，而且减小了电磁波的传输距离，获得幅值更高的电磁波信号。本专利技术可广泛应用于变电站的开关柜局部放电超高频在线监测系统中。附图说明图I为所述检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器的正视图图中1_双臂接收天线,2-绝缘介质板,3-盘旋结构的巴伦馈电,4-反射腔,5-馈电的信号线，6-N-TYPE接口，7-接地底板，8-金属盒。图2为图I的俯视图图中1天线，2绝缘介质板，6-N-TYPE接口。图3为实测天线驻波比图。图4为所述传感器在开关柜内部的安装示意图图中9-内置传感器，10-开关柜设备，11-开关柜线缆通道，12-绝缘薄膜，6-N-TYPE接口，13-信号线缆，14-开关柜设备底部表面，15-开关室的线缆通道。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施实例进行详细介绍。如图I所示，该检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器包括一顶部开口的金属盒8,所述金属盒顶部开口处设有绝缘介质板2,如图2所示,所述绝缘介质板2表面设有阿基米德曲线结构的接收天线双臂1，如图3所示，所述天线接收的频率范围为400MHz-l. 6GHz,如图I所示,所述金属盒8内设有盘旋结构的巴伦馈电3,使得所述传感器的厚度仅为4cm以内，所述金属盒底部设有反射腔4，使得所述天线获得优良的方向性，所述金属盒底部设有接地板7。 如图4所示，上述结构的内置传感器9通过绝缘薄膜12安装在开关柜设备底部表面14，如图I所示，所述馈电的信号线5由侧面伸出金属盒8与N-TYPE接口 6相连。如图4所示，该内置式传感器9使用时，首先在开关柜设备10的底部表面14上置一绝缘薄膜12，然后把传感器9置于绝缘薄膜12上，信号线缆13通过开关柜线缆通道11引出再通过开关室的线缆通道15连接至后续信号处理设备，这样内置式传感器9即可安装在开关柜设备10内进行使用。该检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器将金属盒的接地板7置于开关柜底部表面14，这样当开关柜设备发生局部放电的时候，放电信号产生的电磁波通过开关柜设备内部的各个部件的折射与反射的作用，能够传输到置于开关柜底部位置的传感器金属盒顶部绝缘层表面的天线，被天线感应，就可以检测得到局部放电信号。检测得到的放电电磁波信号通过天线的信号线传输到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测开关柜局部放电的内置小型化超宽带传感器，其特征是：包括一个顶部开口和侧面出线的金属盒（8），所述金属盒顶部设有绝缘介质板（2），所述绝缘介质板表面设有阿基米德螺旋曲线结构的双臂接收天线（1），所述金属盒内设有盘旋结构的巴伦馈电（3），所述金属盒底部设有反射腔（4），与盘旋结构的巴伦馈电（3）连接的馈电的信号线（5）由侧面伸出所述金属盒与N？TYPE接口（6）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何兴隆，田鹏，刘钊，赵冀，冯云川，李耿，魏坤涌，杨航，
申请(专利权)人：重庆市电力公司江津供电局，国家电网公司，
类型：实用新型
国别省市：