測量gis局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法及檢測系統的製作方法
2023-06-06 14:00:26 1
測量gis局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法及檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法及檢測系統，包括以下步驟：⑴計算由GIS設備上金屬環的澆注孔所輻射出的電磁波主模的截止頻率fc；⑵以截止頻率fc作為檢測系統的中心頻率，檢測系統主要由窄帶天線、濾波器、放大器和信號採集器依次通信連接而成；⑶將窄帶天線正對澆注孔布置；⑷窄帶天線將由澆注孔輻射出的電磁波信號轉化成電壓信號傳送至濾波器，濾波器對該電壓信號進行濾波並通過放大器放大處理後，由信號採集器接收該電壓信號進行記錄和分析。本發明在有效的窄帶範圍內的增益遠遠高於現有的寬帶檢測方法，而且避開了在寬頻帶範圍內的幹擾信號，大大提高了信噪比。完全達到了現場檢測的要求。
【專利說明】測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法及檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量GIS設備局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，還涉及使用該窄帶電磁波信號耦合方法的檢測系統。
【背景技術】
[0002]隨著社會對電力需求的不斷增加，電力產業得到快速地發展，目前，大型輸電網絡的安全運行已經成為電力行業關注的重大問題。研究表明，氣體絕緣組合電器(GasInsulated Switchgear,以下簡稱GIS)和變壓設備內部以絕緣故障為多，而絕緣故障的先兆往往表現為局部放電，一般認為，高壓設備中的局部放電嚴重影響電場分布，導致電場畸變和絕緣材料腐蝕，最終引發絕緣擊穿。GIS中的局部放電通常表現為快速脈衝電流和由此激發的寬頻帶電磁波信號。電磁波信號的頻率範圍可達到數GHz，甚至更高。通過耦合此電磁波信號可檢測發生在GIS設備內部的局部放電故障。為了提高信噪比，避免現場存在的電暈等複雜的幹擾信號，現有的檢測系統的工作頻帶主要在特高頻(Ultra HighFrequency，以下簡稱UHF)頻段範圍內，即:0.3?1.5GHz。近年來，GIS局部放電UHF檢測技術在我國得到了大力發展和應用。應用該技術多次發現了 GIS內部局部放電缺陷，避免了 GIS絕緣故障的發生，為保證電力系統的安全可靠運行做出了重要貢獻。
[0003]如圖1?3所示，用於接收UHF電磁波的傳感器安裝於GIS設備內部(參見圖1、2)或安裝於盆式絕緣子10外表面(參見圖3)。UHF傳感器I在GIS設備2內部或盆式絕緣子外表面時，其接收到的電磁波信號頻率非常寬。從信號頻譜上看，在300MHz?1.5GHz頻率範圍內都有能量分布。因此，現有的UHF傳感器都採用寬頻帶傳感器，比如電容型傳感器、等角螺旋天線、對數周期天線、領結型天線等；現有的UHF放大器及濾波器也都採用寬頻帶工作模式。圖2所示的檢測系統包括耦合器3、轉換連接器4、UHF傳感器1、電纜6和示波器7。圖3所示的檢測系統包括寬帶天線8和UHF檢測儀9。
[0004]近年來，隨著城市規劃建設的發展和邊遠地區輸電網的發展，為了節約變電站佔地面積和減少運行維護，新建變電站內採用的GIS設備越來越多。為了提高接地可靠性、防止惡劣環境對絕緣子的腐蝕，越來越多的GIS設備上採用了帶金屬環的絕緣子。金屬環將整個絕緣子包裹起來。為了便於絕緣子澆注成形，金屬環上有一個澆注孔，用於澆入環氧材料。由於現有大多數GIS設備上未安裝內置式UHF傳感器，而且因為金屬環的阻擋，UHF電磁波只能經過澆注孔向外輻射。但是，向外輻射的UHF信號極其微弱，利用現有的外置式寬帶天線及檢測系統，因檢測系統的靈敏度極低，僅能檢測到IOOpC及以上的局部放電，不能達到現場檢測的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的一個目的在於提供一種能夠提高檢測靈敏度和信噪比的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，可以達到現場檢測GIS局部放電的要求。
[0006]本發明的上述目的通過如下的技術方案來實現:一種測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0007]⑴計算由GIS設備上金屬環的澆注孔所輻射出的電磁波主模的截止頻率f。；
[0008]⑵以截止頻率f。作為檢測系統的中心頻率，檢測系統主要由窄帶天線、濾波器、放大器和信號採集器依次通信連接而成；
[0009]⑶將窄帶天線正對澆注孔布置；
[0010]⑷窄帶天線將由澆注孔輻射出的電磁波信號轉化成電壓信號傳送至濾波器，濾波器對該電壓信號進行濾波並通過放大器放大處理後，由信號採集器接收該電壓信號進行記錄和分析，完成對GIS局部放電的測量。
[0011]本發明在有效的窄帶範圍內的增益遠遠高於現有的寬帶檢測方法，而且避開了在寬頻帶範圍內的幹擾信號，大大提高了信噪比。完全達到了現場檢測的要求。
[0012]作為本發明的一種推薦實施方式，所述窄帶天線的中心頻率為截止頻率f。，工作帶寬是50~150MHZ，窄帶天線的增益相比與寬帶天線大大提高，且抗幹擾能力強。所述濾波器的通帶為f；-50MHZ~f；+50MHZ，進一步提高了信噪比，所述信號採集器的模擬帶寬的最小值至多為f；-50MHZ。
[0013]本發明所 述放大器的工作頻寬為f；-50MHZ~f；+50MHZ，大大提高了檢測靈敏度。
[0014]作為本發明的一種實施方式，在步驟⑴中，所述澆注孔為矩形孔，截止頻率f。的計算公式是:
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【權利要求】
1.一種測量Gis局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，其特徵在於包括以下步驟: ⑴計算由GIS設備上金屬環的澆注孔所輻射出的電磁波主模的截止頻率f。； ⑵以截止頻率f。作為檢測系統的中心頻率，檢測系統主要由窄帶天線、濾波器、放大器和信號採集器依次通信連接而成； ⑶將窄帶天線正對澆注孔布置； ⑷窄帶天線將由澆注孔輻射出的電磁波信號轉化成電壓信號傳送至濾波器，濾波器對該電壓信號進行濾波並通過放大器放大處理後，由信號採集器接收該電壓信號進行記錄和分析，完成對GIS局部放電的測量。
2.根據權利要求1所述的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，其特徵在於:所述窄帶天線的中心頻率為截止頻率f。，工作帶寬是50~150MHZ，所述濾波器的通帶為fe-50MHZ~fe+50MHZ，所述信號採集器的模擬帶寬的最小值至多為fe_50MHZ。
3.根據權利要求2所述的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，其特徵在於:所述放大器的工作頻寬為fe_50MHZ~fe+50MHZ。
4.根據權利要求1~3任一項所述的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號稱合方法，其特徵在於:在步驟⑴中，所述澆注孔為矩形孔，截止頻率f。的計算公式是: />~Cj—(I) 其中，c為電磁波在真空中的波速；a為澆注孔的長，b為澆注孔的寬，ε y μ ^分別為澆注孔內所填充的介質材料的相對介電常數和相對磁導率。
5.根據權利要求1~3任一項所述的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號稱合方法，其特徵在於:在步驟⑴中，所述澆注孔為圓孔，截止頻率f。的計算公式是:
// /* Ic= 'I(2)
μ rsr 其中，c為電磁波在真空中的波速；un』為常數；r為燒注孔的半徑；ε p Pr分別為燒注孔內所填充的介質材料的相對介電常數和相對磁導率。
6.一種使用權利要求1所述的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法的檢測系統，其特徵在於:它主要由用於正對GIS上金屬環的澆注孔放置的窄帶天線、濾波器、放大器和信號採集器組成，所述窄帶天線的電壓信號輸出端與濾波器的電壓信號輸入端連接，所述濾波器的電壓信號輸出端與放大器的電壓信號輸入端連接，所述放大器的電壓信號輸出端與信號採集器的電壓信號輸入端相連；所述窄帶天線接收由澆注孔輻射出的電磁波信號並將其轉化為電壓信號後傳送至濾波器，經過濾波器濾波處理後再傳送至放大器進行信號放大，最後發送至信號採集器進行記錄和分析。
7.根據權利要求6所述的使用測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法的檢測系統，其特徵在於:所述窄帶天線的中心頻率為GIS設備上金屬環的澆注孔所輻射出的電磁波主模的截止頻率f。，窄帶天線的工作帶寬是50~150MHZ，所述濾波器的通帶為fc-50MHZ~fe+50MHZ，所述信號採集器的模擬帶寬的最小值至多為fe_50MHZ。
8.根據權利要求7所述的使用測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法的檢測系統，其特徵在於:所述放大器的工作頻寬為fe_50MHZ~fe+50MHZ。
9.根據權利要求6~8任一項所述的使用測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號稱合方法的檢測系統，其特徵在於:所述澆注孔為矩形孔，截止頻率f。的計算公式是:
10.根據權利要求6~8任一項所述的使用測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法的檢測系統，其特徵在於:所述澆注孔為圓孔，截止頻率f。的計算公式是:
【文檔編號】G01R31/12GK103487728SQ201310388831
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】李興旺, 呂鴻, 盧啟付, 王增彬, 陳銳民, 林春耀, 李剛, 易孝波 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 珠海市伊特高科技有限公司