CN101251563A - 基于长方形开口天线的组合电器局部放电在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
基于长方形开口天线的组合电器局部放电在线检测装置包括长方形开口天线(1)、高通滤波器(2)、高频放大器(3)、数据采集及传输装置(4)、计算机(5)；其中长方形开口天线(1)与高通滤波器(2)的信号输入端相接，高通滤波器(2)的信号输出端接高频放大器(3)的信号输入端，多路高频放大器(3)的信号输出端分别接数据采集及传输装置(4)，数据采集及传输装置(4)的信号输出端接计算机(5)；在设备运行的情况下能够发现发生在GIS内部早期的局部放电。
Description
技术领域
本发明是一种应用于气体绝缘组合电器(GIS)局部放电的在线检测装置，属于高电压绝缘检测的技术领域。
背景技术
气体绝缘组合电器(GIS)具有占地面积小，运行可靠性高等优点，但是全封闭的结果使发身在内部的局部放电难以把握，所以，局部放电的在线监测显得尤为重要。和变压器内部局部放电不同的是，GIS内部发生的局部放电可以通过连接两管道之间的盆式绝缘子的表面以电磁波的形式发生泄漏，这种现象使我们使用外部和内部天线进行局部放电的检测变成了可能。内部天线(传感器)的特点是抗干扰能力强，检测灵敏度高，但是，对正在运行的GIS来说如何安装是个问题。外部检测主要在靠近盆式绝缘子的部位架设天线检测泄漏的电磁波，其缺点是抗干扰能力相对较弱。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于长方形开口天线的便携式气体绝缘组合电器局部放电在线检测装置，在设备运行的情况下能够发现发生在GIS内部早期的局部放电。
技术放案：本发明的气体绝缘组合电器局部放电在线检测装置包括长方形开口天线、高通滤波器、高频放大器、数据采集及传输装置、计算机；其中长方形开口天线与高通滤波器的信号输入端相接，高通滤波器的信号输出端接高频放大器的信号输入端，多路高频放大器的信号输出端分别接数据采集及传输装置，数据采集及传输装置的信号输出端接计算机。传感器采用长方形开口天线，该天线为开口的带状圆环形，在带状圆环形上设有一长条形槽。
本检测装置可及早发现由于局部放电而产生的潜伏故障，必要时可提供预警以避免电网出现严重的问题的重要手段，它有如下特点：
a.采用的长方形开口天线具有20MHz-1GHz的带宽，可以检测发生在GIS内部的各种类型的放电。由于天线是紧贴在绝缘支撑物的表面安装，所以抗干扰能力介于内部天线(传感器)和外部架设的天线之间。和其他的传感器相比简单，经济。
b.采用泰克数字滤波器和GPIB组合的方式进行数据采集和传输的方式。在完全满足检测的条件下，除了在价格上比单纯的采用数据采集卡经济以外，在装置的体积和重量上也更加符合便携式的要求。
有益效果：本检测装置的目标就是在设备运行的情况下能够发现发生在GIS内部的早期的局部放电。装置采用便携式设计，体积小、重量轻、造价低廉，可以方便的进行移动检测。采用的长方形开口天线和内部传感器相比可以方便的安装和拆卸，无论是对于新建的和正在运行的都可以方便的检测。由于采用了紧贴式的安装方法，其检测的灵敏度介于内部传感器和其他的外部天线之间，造价比相同的外部天线减少了三角支架，其检测带宽可以达900MHz左右，完全可以检测到发生在组合电器内部的各种类型的局部放电。在实验室的条件下，可以容易的检测出25pC的放电信号。
附图说明
图1是组合电器局部放电检测***构成框图，
图2是长方形开口天线的结构示意图，
图3是模拟故障放电***所接受的波形，
图4是注入25pC脉冲***所接受的波形，
以上的图中1有：长方形开口天线1、高通滤波器2、高频放大器3、数据采集及传输装置4、计算机5。
具体实施方式
本装置设计具体如下：
(1)长方形开口天线(传感器)
长方形开口天线是在导电金属薄片上开一长为2L(2L＝λ/2)，宽为W的槽而形成，槽宽W与GIS盆式绝缘子的宽度相当，该天线是在理想缝隙天线的基础上，经过理论分析与实践相结合的方法而设计出来的。天线的外框紧贴在金属法兰表面一圈安装(很容易安装和取下)。当局部放电产生的电磁波经过导体和容器传播时，在绝缘间隔之间产生泄漏，而固定在绝缘间隔的天线能有效的检测共振电波，从而达到检测局部放电的目的。设计的天线可以接收10MHz到1GHz的广带域信号，在20MHz到900MHz广带域中频谱基本上呈均等的态势，在高频段没有明显的衰减，而且对信号的响应完好，完全符合设计要求。
(2)高通滤波器
设计制作了三种截止频率的五阶高通滤波器，截止频率分别为：50MHz、100MHz、150MHz，根据被测GIS现场周围环境的干扰情况选择使用。在设计制作滤波器的过程中，元件值尽可能靠近标称值，适当的时候可通过截止频率的小范围调整来微小改变元件的值，有些在市场上购买不到的电感元件可通过自己绕制得来。
(3)高频放大器
高频放大器采用美国Motorola公司生产的MWA5157专用天线放大器，其频带宽为30～890MHz，增益为24dB，并具有噪声低、失调小和线性范围大等特点。
(4)数据采集及传输***
鉴于发生在GIS内部的局部放电的频率很高(MHz级别)，采用数据采集卡难以到达预定的要求，故本***采用泰克数字滤波器和GPIB组合的方式进行数据采集和传输。天线信号经过滤波器、放大器后由数字滤波器采集，波形文件通过GPIB传输输入计算机后进行处理。
(5)计算机(***软件)
***界面：***软件主要由***界面、数据采集单元、信号处理单元和放电点标定单元组成，整个***采用VC6.0编程。
GIS在线监测***在某电力试验研究所的模拟故障GIS实验装置上进行了相关实验。模拟故障GIS是由三节长2.5米的圆形容器组成，管中压力0.2Mpa，中间设有单极母线，在靠近母线最右边的位置上设置了一颗金属螺母作为故障点(螺栓和金属管壁之间形成了一个针板电极)，当电压上升至5万伏时可以产生放电信号。此放电信号由安置在导管上的天线1-天线4接收。信号经过放大、滤波，由数字示波器采集，波形文件通过GPIB上传至计算机存盘处理，采样频率为5GHz，采集长度为10KB，检测装置见图1。
图3为模拟故障局部放电(电压7.5万伏)的接收信号。故障点(螺钉的位置)距第一天线为0.2m，距第二、三四天线分别为2.3m、4.8m、7.3m。
图4是注入脉冲电流25pC的信号波形。电流注入实验是在高压电源处(GIS管线的最左边)以脉冲的形式注入一串电流，由于被注入的脉冲电流的放电量是已知的，所以可以用来判定在实验室的条件下***最小可以检测到的局部放电的灵敏程度为25pC。
Claims (2)
1.一种基于长方形开口天线的组合电器局部放电在线检测装置，其特征在于该装置包括长方形开口天线(1)、高通滤波器(2)、高频放大器(3)、数据采集及传输装置(4)、计算机(5)；其中长方形开口天线(1)与高通滤波器(2)的信号输入端相接，高通滤波器(2)的信号输出端接高频放大器(3)的信号输入端，多路高频放大器(3)的信号输出端分别接数据采集及传输装置(4)，数据采集及传输装置(4)的信号输出端接计算机(5)。
2.根据权利要求1所述的基于长方形开口天线的组合电器局部放电在线检测装置，其特征在于传感器(1)采用长方形开口天线，该天线为开口的带状圆环形，在带状圆环形上设有一长条形槽(11)。
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