專利名稱：一種gis局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于Hilbert理論的GIS局部放電超高頻信號測量天線裝置，尤其是一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)。
背景技術：
全封閉氣體絕緣組合電器(GIS)以其占地空間小、可靠性高等優(yōu)點已成為現代電力系統(tǒng)中的重要設備。為保證其安全穩(wěn)定運行，對GIS內絕緣的在線監(jiān)測已成為日趨重要的研究課題。GIS絕緣故障的前期表現為絕緣完全擊穿前的局部放電，所以運用天線手段對運行中的GIS進行局部放電的在線監(jiān)測，能夠有效地發(fā)現GIS內部絕緣缺陷，必要時提供報警和故障診斷，避免發(fā)生嚴重事故。超高頻法(Ultra High Frequency)通過接收GIS內局部放電時發(fā)出的電磁波來檢測局部放電。這種快速上升時延的局部放電脈沖含有從直流到超過IGHz的頻率成分。研究表明，由于GIS的同軸結構是一個良好的波導結構，超高頻(300MHz-3GHz)電磁波可以在其內部有效地傳播，而且信號衰減較小。電力系統(tǒng)中電暈放電等主要電磁干擾信號的頻率一般在150MHz以下，而且在空氣中傳播，衰減很快?？蛇x擇超高頻段的電磁信號作為檢測信號，使用合適頻帶范圍的天線來進行局部放電的電信號測量，以避開常規(guī)電氣測試方法難以避開的電力系統(tǒng)中的干擾，從而提高局部放電檢測信噪比。同時，由于UHF信號的上升沿為ns級，傳播速度接近光速；不能穿透金屬表面，而只能反射和繞射，決定了用UHF方法檢測GIS局部放電的同時還便于故障點的定位。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，能夠對GIS局部放電超高頻信號進行測量，并且靈敏度高，抗干擾能力強。一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，其特別之處在于包括Hilbert分形天線，該Hilbert分形天線通過信號調理電路與示波器連接從而將天線信號濾波、放大后輸出供顯示。其中信號調理電路由相連接的高通濾波器和射頻增益模塊組成，其中高通濾波器的信號輸入端與Hilbert分形天線的輸出端連接，射頻增益模塊的信號輸出端與示波器連接。其中高通濾波器采用一階高通濾波，截止頻率為200MHz，射頻增益模塊具有15dB固定增益，工作頻率范圍50MHz-4GHz。其中Hilbert分形天線依次由介質板、導線層和地線層組成，其中介質板采用Rogers R04000高頻線路板材料。其中導線層根據Hilbert分形原理進行設置，組成接收天線單元，并且導線層在介質板上的覆蓋面為矩形面，在該導線層上設置有饋電點。本實用新型采用分形天線寬頻帶、小型化的特點構建檢測GIS局部放電的Hilbert分形天線,天線設計頻帶300MHz_3GHz,頻率范圍內天線電壓駐波比VSWR < 5,結合局部放電測量技術要求與Ansoft HFSS電磁仿真軟件確定分形天線的介質板、導線層、地線層具體尺寸以及饋電點具體位置。介質板材料選擇為Rogers R04000系列高頻線路板材料，與普通印刷電路板材料FR4相比，損耗低、公差低以及具有優(yōu)異的高頻性能。并且，其介電常數溫度系數幾乎是同類材料中最低的，在寬頻率范圍內，介電常數也相當穩(wěn)定，使得改材料適用于寬頻應用。由于其熱膨脹系數和銅相近，可以提供優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。高通濾波器以及射頻增益模塊組成信號調理電路，高通濾波器采用一階高通濾波，設計截止頻率為200MHz，射頻增益模塊具有15dB固定增益，工作頻率范圍50MHz-4GHz，輸入輸出內部與50 Ω電阻匹配，通過內部匹配的增益模塊提供極大的動態(tài)范圍，在整個4GHz頻率范圍內，同時還提供極低的噪聲指數和非常高的0IP3規(guī)格參數。

圖I是本實用新型所述GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)的總體結構示意圖； 圖2是本實用新型所述測量系統(tǒng)Hilbert分形天線的電壓駐波比示意圖；圖3是本實用新型所述測量系統(tǒng)射頻增益模塊的增益頻率特性。
具體實施方式
如圖I所示，一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，包括Hilbert分形天線，該Hilbert分形天線通過信號調理電路與示波器連接從而將天線信號濾波、放大后輸出供顯
/Jn ο其中信號調理電路由相連接的高通濾波器和射頻增益模塊組成，其中高通濾波器的信號輸入端與Hilbert分形天線的輸出端連接，射頻增益模塊的信號輸出端與示波器連接。高通濾波器采用一階高通濾波，截止頻率為200MHz，射頻增益模塊具有15dB固定增益，工作頻率范圍50MHz-4GHz。而Hilbert分形天線依次由介質板(I)、導線層(2)和地線層(4)組成，其中介質板(I)采用Rogers R04000系列高頻線路板材料。導線層(2)根據Hilbert分形原理進行設置，組成接收天線單元，并且導線層(2)在介質板(I)上的覆蓋面為矩形面，在該導線層(2)上設置有饋電點(3)。實施例I :如圖I所示，本實用新型的GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，包含超高頻Hilbert分形天線、與天線連接的信號調理電路，以及與信號調理電路連接的示波器。超高頻Hilbert分形天線包含介質板(I)、導線層(2)、饋電點(3)以及地線層
(4)。天線置于GIS外部，接收從盆式絕緣子處輻射出來的局部放電超高頻信號。天線從饋電點(3)處通過SMA接頭引出射頻電纜，連接至高通濾波器，繼而通過射頻電纜與射頻增益模塊相連接，最終送至示波器。Hilbert分形天線介質板(I)材料選擇為Rogers R04000系列高頻線路板材料，具體選擇R04003或者R04350材料。介質板(I)厚度的選擇可以按照微帶貼片天線的方法來確定，并根據需要進行微調。還可以通過改變天線導線層(2)的分形階數、外圍尺寸、導線寬度改變天線性能，其中，階數越高，天線頻率諧振點越多、電壓駐波比整體上越低；外圍尺寸越大，天線諧振頻率將減小。以及通過改變天線饋電點(3)的位置，改變天線方向圖、輸出阻抗的大小，繼而影響天線的整體性能。 如圖2所示，為兩種外圍尺寸下四階Hi Ibert分形天線的電壓駐波比VSWR，其余參數中，介質板⑴選擇Rogers R04003、厚度5mm,導線寬度2mm。由于分形天線的自相似特性，駐波比曲線具有一定的重復性、有著相對固定的頻率間隔，天線外圍尺寸增大，駐波比VSffR降低，諧振頻率降低，頻率間隔減小。高通濾波器以及射頻增益模塊組成信號調理電路，高通濾波器采用一階高通濾波，設計截止頻率為200MHz，射頻增益模塊具有15dB固定增益，工作頻率范圍50MHz-4GHz，增益頻率特性如圖3所示，輸入輸出內部與50 Ω電阻匹配，通過內部匹配的增益模塊提供極大的動態(tài)范圍，在整個4GHz頻率范圍內，同時還提供極低的噪聲指數和非常高的0IP3規(guī)格參數。實際測量時，電纜與50 Ω阻抗匹配后接示波器，示波器輸入阻抗選擇1ΜΩ，由于所測超高頻信號的頻率范圍，為觀測到GIS局部放電的脈沖波形，將示波器時間軸調至ns級，選擇單次觸發(fā)，測量并記錄信號波形。實驗室條件下，可以先不加試品，將試驗變壓器升壓至試品額定電壓值，測量并記錄信號的背景噪聲。如果噪聲水平不達標，則應設法降噪或通過之前的記錄信號，將噪聲從實際測量的局部放電信號中分離。而GIS現場條件下，不具備背景噪聲的測量條件，則只能信號記錄后進行分析，通過頻譜等特征與實驗室結果比對，來判斷設備是否發(fā)生局部放電以及何種類型的局部放電。盡管本實用新型的內容已經通過上述具體實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。
權利要求1.一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于包括Hilbert分形天線，該Hilbert分形天線通過信號調理電路與示波器連接從而將天線信號濾波、放大后輸出供顯/Jn ο
2.如權利要求I所述的一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于其中信號調理電路由相連接的高通濾波器和射頻增益模塊組成，其中高通濾波器的信號輸入端與Hilbert分形天線的輸出端連接，射頻增益模塊的信號輸出端與示波器連接。
3.如權利要求2所述的一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于其中高通濾波器采用一階高通濾波，截止頻率為200MHz，射頻增益模塊具有15dB固定增益，工作頻率范圍50MHz-4GHz。
4.如權利要求I所述的一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于其中Hilbert分形天線依次由介質板(I)、導線層(2)和地線層(4)組成，其中介質板(I)采用Rogers R04000高頻線路板材料。
5.如權利要求I至4中任意一項所述的一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，其特征在于其中導線層(2)根據Hilbert分形原理進行設置，組成接收天線單元，并且導線層(2)在介質板(I)上的覆蓋面為矩形面，在該導線層(2)上設置有饋電點(3)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于Hilbert理論的GIS局部放電超高頻信號測量天線裝置，尤其是一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)。其特點是包括Hilbert分形天線，該Hilbert分形天線通過信號調理電路與示波器連接從而將天線信號濾波、放大后輸出供顯示。本實用新型的系統(tǒng)提供了一種GIS局部放電超高頻信號測量系統(tǒng)，能夠對GIS局部放電超高頻信號進行測量，并且靈敏度高，抗干擾能力強。
文檔編號G01R31/12GK202661586SQ20122021717
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2012年5月15日
發(fā)明者王博, 朱文煒, 郝金鵬, 馬飛躍, 常斌, 劉世濤, 丁培, 王園園, 李秀廣, 周秀 申請人:寧夏電力公司電力科學研究院