CN105629142B - 用于gis局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，属于GIS内部局部放电在线监测领域，其包括扣合在GIS设备腔体上的金属盖板、通过高度可调的金属螺栓固定在金属盖板内侧的天线本体和贴合固定在天线本体下表面的阻抗变换器；天线本体正面上的馈线连接处设有导电通孔；阻抗变换器一端设有凸起，凸起的大小与导电通孔相匹配且穿过导电通孔露出天线本体正面；阻抗变换器的另一端依次经SMA接头和双层屏蔽同轴线连接具有气密封工艺的BNC接头；金属盖板上设有与BNC接头形状匹配的信号导出孔。本发明的优点是尺寸小、安装操作简单方便、固定牢固可靠、气密性能好、阻抗匹配精度高且可实现传感器位置调节。

Description

用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构

技术领域

本发明涉及GIS内部局部放电在线监测领域，具体涉及一种用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构。

背景技术

GIS以维护工作量少、结构紧凑、安装方便等诸多优点，在近年来已逐步成为超特高压电力***项目建设中的主流设备，其运行的可靠性越来越受到人们的关注。因制造、运输、现场装配、运行和维护检修等多种因素影响，GIS不可避免的存在一些对绝缘性能产生威胁的绝缘缺陷，这些缺陷在早期常产生局部放电现象。局部放电若长期存在会使GIS的电气绝缘性能降低，最终导致绝缘故障。而采用适当的方法监测GIS内部的局部放电是判断GIS绝缘长期可靠性的一种有效手段，可及时发现早期潜在危险从而预防事故的发生。因此，实现GIS内部局部放电的在线监测，对防患事故、提高设备利用率、实现传统的“定期检修”到“状态检修”的转变具有重要的实际意义。

GIS中当很小的介质范围内发生短暂局部击穿时，会产生一个纳秒级的脉冲电流。这种脉冲能激励出具有超高频(UHF)带范围(300MHz-3GHz)甚至更高频率成分的电磁波，并从放电源处逐渐传播开来。而GIS的腔体结构可看作低损耗的同轴波导管，电磁波信号在其内部可有效地传播。UHF法的原理就是利用一个超高频天线传感器接收这种由局部放电陡脉冲所激发并传播的超高频信号从而获得局部放电的有关信息。

局放超高频传感器分为内置式和外置式两种。其中外置式传感器具有安装方便、易于携带等特点，但易受外部电晕等干扰的影响，且接收信号较弱。另外，当前GIS制造商普遍使用有金属法兰包裹的绝缘子，这使得外置传感器无法接收从绝缘子处泄漏的电磁波。应用内置超高频传感器时，于GIS制造初期要在管道内预留安装位置，并将接收信号引到GIS体外构成监测***，因此具有灵敏度高，不易受外部干扰和运行环境噪声影响等优点。

然而GIS内部有限的空间对传感器尺寸造成了一定限制，而且要严格保证气密封性，这就要求在GIS设计之初必须考虑传感器安装、信号引出线气密封以及传感器对腔体原有电场分布的影响，采用适当的传感器装配方法来获得更好的应用。同时，当前对传感器与传输线的阻抗匹配问题考虑不足，导致传感器输出信号不能完整、真实的反映放电特征。采用阻抗变换器能够解决超宽频带范围内的阻抗匹配问题，但如何在有限空间内完成阻抗变换器的安装和固定并满足实际工程要求，也是亟待解决的问题之一。以往方法中，天线本体与阻抗变换器的连接采用的是在天线本体上扎孔穿铜导线焊接连接的方式，这种方法虽经过了实验和性能测试，但连接不够牢固，不符合实际应用的要求，且手工焊点尺寸不易掌控，对阻抗匹配效果影响较大。另外，传感器的超宽频带特性是局部放电检测诊断的前提和必要保证，而传感器尺寸与带宽有直接关系。受GIS腔体空间限制，现有的内置传感器(例如目前最常用的圆盘型天线)带宽十分有限，如何真正实现内置传感器的超宽频带还有待解决。

基于以上的分析，当前在局部放电在线监测的内置式超高频传感器的安装和应用方面存在着明显不足，需要更加合理、科学和便捷的装配方法解决实际应用中的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸小、安装操作简单方便、固定牢固可靠、气密性能好、阻抗匹配精度高、可实现传感器位置调节并具有一定通用性和适用性的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其关键技术在于包括了扣合在GIS设备腔体上的金属盖板、通过金属螺栓固定在金属盖板内侧的天线本体和贴合固定在所述天线本体下表面的阻抗变换器；所述金属盖板上安装有天线本体和阻抗变换器的一侧朝向GIS设备腔体内安装；所述阻抗变换器位于天线本体和金属盖板之间；所述内置式超高频传感器包括天线本体、阻抗变换器和SMA接头；

所述金属螺栓一端固定在天线本体的非导电区域，其另一端与所述金属盖板连接；所述天线本体上的馈线连接处设有导电通孔，所述导电通孔内侧壁上覆有与天线导电臂电连通的导电带；

所述阻抗变换器一端设有长度略高于天线本体厚度的凸起，所述凸起的大小与导电通孔相匹配且设置在导电通孔内，组装时从天线本体的背面***，所述凸起在天线本体正面露出的两侧导电部分通过焊锡分别与天线本体正面馈线连接处的天线导电臂直接焊接连通，是保证电连接的基础，而***后导电通孔内的导电带与所述凸起上的金属导电部分紧密接触是针对电连通性和安装稳固性的进一步保障；所述阻抗变换器通过用热熔胶与天线本体的背面进行粘接，进一步提高了两者连接的稳固性；所述阻抗变换器的另一端设有SMA接头，所述SMA接头经双层屏蔽同轴线连接具有气密封工艺的BNC接头；

所述金属盖板上设有与BNC接头形状匹配的信号导出孔，所述BNC接头密封固定在所述金属盖板的信号导出孔中。

进一步的，本发明其还包括线卡，所述双层屏蔽同轴线通过线卡固定在相邻的金属螺栓上。

进一步的，所述阻抗变换器与天线本体下表面之间通过热熔胶连接固定。

进一步的，所述天线本体与金属盖板经金属螺栓连接固定，所述金属螺栓长度可根据内置式超高频传感器在GIS设备腔体内安装深度要求而确定，能够满足天线本体与GIS设备腔体内表面平行的设置关系。

进一步的，所述金属盖板上还设有环形槽，所述环形槽内设有法兰密封垫圈，并涂抹有密封硅脂，实现金属盖板与GIS设备腔体的密封。

进一步的，在所述天线本体的非导电区域上对称设有螺栓孔，所述金属螺栓的一端通过螺栓孔与所述天线本体固定连接，每个金属螺栓上在紧邻天线两侧加塑料垫片。

所述金属盖板上设有与螺栓孔位置相对应的安装沉孔，所述金属螺栓的另一端加弹簧垫片、平垫片后固定在金属盖板的安装沉孔中，实现内置式超高频传感器与金属盖板的组装与固定。

进一步的，所述金属盖板上的信号导出孔为带上、下凹台的缺边圆形通孔，其上凹台内侧的表面粗糙度不大于Ra1.6，其下凹台内侧的表面粗糙度不大于Ra3.2。进一步的，具有密封工艺的所述BNC接头的接头密封垫圈装在位于金属盖板内侧的上凹台处，具有密封工艺的所述BNC接头的紧固垫片和螺母装在位于金属盖板外侧的下凹台处，紧固好所述螺母后，在接头密封垫圈以及金属盖板外侧的紧固垫片周围涂抹密封胶。

进一步的，所述金属盖板上还设有安装通孔，所述安装通孔与GIS设备腔体上的法兰通过螺栓紧固。

进一步的，根据内置式超高频传感器扩展宽带低频下限的需要，当需要扩展时，将所述天线本体的天线导电臂分别通过导线与其紧邻的所述金属螺栓电连接。本发明设计将天线本体的天线导电臂分别通过导线与其紧邻的所述金属螺栓电连接，延长了天线导电臂的电尺寸，在有限的GIS内部空间中不加大天线本体和阻抗变换器尺寸的前提下，有效的降低了内置式超高频传感器的低频下限。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

(1)本发明有效解决了在GIS现场条件复杂条件下，天线本体稳定安装的问题，且可通过调节金属螺栓的高度适应现场空间的大小；通过在阻抗变换器上设置凸起与天线本体***式组装，使两者连接更牢固，装配更简便；由于天线本体内的导电通孔内有导电带，使得凸起的导电部分能够与天线本体的两条天线导电臂直接接触，再用点焊方式将两者直接焊接，进一步保证了其电连接的可靠性，这样不仅舍去了导线过渡部分，避免了导线连接时连接点不牢固、焊点尺寸不易掌握的缺点，去除了对阻抗匹配的不利影响，而且在提高组装牢固性的同时大大方便和简化了焊接工序，降低了焊接难度和手工焊接的影响。

(2)本发明通过调整金属螺栓的长度来控制天线本体在GIS设备腔体中的位置，使天线本体的表面与GIS设备腔体内表面基本平行，从而减少对原有场分布的影响；采用金属螺栓进行固定，保证了天线本体安装的稳定性，能够抵抗一定程度的外界机械振动；天线两侧采用塑料垫片与金属螺栓紧固，保证天线导电部分与所属金属螺栓之间绝缘性的同时保护天线正面在紧固时不被破坏。

(3)本发明采用具有气密封工艺的BNC接头实现了将阻抗变换器的信号引出，并设计了对气密封性的双重保障措施，即对金属盖板表面工艺严格限定的信号导出孔设计和采用密封圈、紧固垫片与密封胶相结合的密封结构；设计具有上下凹台的信号导出孔，并将BNC接头固定法兰和接头密封圈置于金属盖板内侧，使密封面下沉得到了保护，同时防止了BNC接头在内部高气压下意外喷出的发生。

(4)本发明设置有线卡，将双层屏蔽同轴线的中部用线卡固定在相邻的金属螺栓上，能有效避免因外界震动或其他因素导致的同轴线移位、晃动和接头松动等故障；

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明侧面局部剖视的结构示意图。

图2是本发明中阻抗变换器为指数渐近线时的侧视图。

图3是本发明中天线本体为平面等角螺旋天线时的正面俯视图。

图4是用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器在导线连接并无胶粘和通孔连接并胶粘两种情况下的S11实测曲线。

其中，图1～图3中的网格阴影表示导电部分，斜线阴影表示剖视图中的剖面。其中，1天线本体、2阻抗变换器、3凸起、4导电通孔、5螺栓孔、6金属螺栓、7BNC接头、8双层屏蔽同轴线、9SMA接头、10线卡、11信号导出孔、12安装沉孔、13-1上凹台、13-2下凹台、14金属盖板、15环形槽、16法兰密封垫圈、17弹簧垫片、18平垫片、19塑料垫片、20GIS设备腔体、21安装通孔、22接头密封垫圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-4和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

如图1～图3所示，本实施例包括了扣合在GIS设备腔体20上的金属盖板14、通过金属螺栓6固定在金属盖板14内侧的天线本体1和贴合固定在所述天线本体1下表面的阻抗变换器2；所述内置式超高频传感器包括天线本体1、阻抗变换器2和SMA接头9；所述金属盖板14上安装有天线本体1和阻抗变换器2的一侧朝向GIS设备腔体20内安装；所述阻抗变换器2位于天线本体1和金属盖板14之间；

所述金属螺栓6一端固定在天线本体1的非导电区域，其另一端与所述金属盖板14连接；

所述天线本体1上的馈线连接处设有导电通孔4，所述导电通孔4内侧壁上覆有与所述天线导电臂电连通的导电带；

所述阻抗变换器2一端设有长度略高于天线本体1厚度的凸起3，所述凸起3的大小与导电通孔4相匹配且设置在导电通孔4内，组装时从天线本体1的背面***，***后导电带和所述凸起3上的金属导电部分紧密接触，所述凸起3在天线本体1正面露出的两侧导电部分通过焊锡分别与天线本体1正面的两条天线导电臂直接焊接连通，是保证电连接的关键，而导电通孔4内的导电带与所述凸起3电接触是针对电连通的多一层保障；所述阻抗变换器2通过用热熔胶与天线本体1的背面进行粘接，进一步提高了两者连接的稳固性；所述阻抗变换器2的另一端设有SMA接头9，所述SMA接头9经双层屏蔽同轴线8连接具有气密封工艺的BNC接头7；

所述金属盖板14上设有与BNC接头7形状匹配的信号导出孔11，所述BNC接头7密封固定在所述金属盖板14的信号导出孔11中。

进一步的，本发明其还包括线卡10，所述双层屏蔽同轴线8通过线卡10固定在相邻的金属螺栓6上。

进一步的，所述阻抗变换器2与天线本体1下表面之间通过热熔胶连接固定。进一步的，所述天线本体1与金属盖板14经金属螺栓6连接固定，所述金属螺栓6长度可根据内置式超高频传感器在GIS设备腔体20内安装深度要求而确定，能够满足天线本体1与GIS设备腔体20内表面平行的设置关系。

进一步的，所述金属盖板14上还设有环形槽15，所述环形槽内设有法兰密封垫圈16，并涂抹有密封硅脂，实现金属盖板14与GIS设备腔体20的密封。

进一步的，在所述天线本体1的非导电区域上对称设有螺栓孔5，所述金属螺栓6的一端通过螺栓孔5与所述天线本体1固定连接，每个金属螺栓6上在紧邻天线两侧加塑料垫片19。

所述金属盖板14上设有与螺栓孔5位置相对应的安装沉孔12，所述金属螺栓6的另一端加弹簧垫片17、平垫片18后固定在金属盖板14的安装沉孔12中，实现内置式超高频传感器与金属盖板14的组装与固定。

进一步的，所述金属盖板14上的信号导出孔11为带上、下凹台的缺边圆形通孔，其上凹台13-1内侧的表面粗糙度不大于Ra1.6，其下凹台13-2内侧的表面粗糙度不大于Ra3.2。

进一步的，具有密封工艺的所述BNC接头7的接头密封垫圈22装在位于金属盖板14内侧的上凹台13-1处，具有密封工艺的所述BNC接头7的紧固垫片和螺母装在位于金属盖板14外侧的下凹台13-2处，紧固好螺母后，在接头密封垫圈22以及金属盖板14外侧的紧固垫片周围涂抹密封胶。

进一步的，所述金属盖板14上还设有安装通孔21，所述安装通孔21与GIS设备腔体20通过螺栓紧固。

进一步的，根据内置式超高频传感器扩展宽带低频下限的需要，当需要扩展时，将所述天线本体1的两条天线导电臂分别通过导线与其紧邻的所述金属螺栓6电连接。

本实施例包括天线本体1与阻抗变换器2的组装焊接与固定、内置式超高频传感器与金属盖板14的组装与固定、BNC接头7与金属盖板14的安装与密封、双层屏蔽同轴线8的连接与固定、金属盖板14与GIS设备腔体20之间的密封，以及必要时扩展内置式超高频传感器带宽低频下限的结构，具体而言，上述结构包括如下内容：

(1)本实施例中内置式超高频传感器包括平面等角螺旋天线、阻抗变换器2和SMA接头9，其频带宽度为700MHz-3GHz；即天线本体1采用了平面等角螺旋天线，整体采用平面等角螺旋结构；平面等角螺旋天线由单面覆铜的微波板材加工制成；所述平面等角螺旋天线与阻抗变换器2的一端电连接，阻抗变换器2的另一端和SMA接头9电连接。

所述平面等角螺旋天线与阻抗变换器2的焊接组装与固定结构，包括在阻抗变换器2一端的侧面设计一个长度略高于平面等角螺旋天线厚度的矩形凸起3，并将平面等角螺旋天线两臂中心的馈线连接处开设一较上述矩形凸起3截面稍大的矩形导电通孔4，同时在导电通孔4内壁两侧分别铺设与天线导电臂相连的金属导电带。组装时将阻抗变换器2上的凸起3从平面等角螺旋天线背面***到导电通孔4中，在平面等角螺旋天线正面露出的阻抗变换器2两侧用焊锡将两者导电部分直接进行焊接连通，在平面等角螺旋天线背面用热熔胶涂于阻抗变换器2主体部分与平面等角螺旋天线相接的两侧，实现阻抗变换器2在平面等角螺旋天线上的焊接组装与固定；换言之，阻抗变换器2的一端与平面等角螺旋天线连接后进行弯曲，弯曲部分与所述平面等角螺旋天线所在平面基本平行，平面等角螺旋天线的两个天线导电臂通过微波板材上的穿孔与阻抗变换器2电连接。

(2)所述内置式超高频传感器与金属盖板14的组装固定结构，包括：采用金属螺栓6将内置式超高频传感器与金属盖板14连接与固定，金属螺栓6的长度根据平面等角螺旋天线在GIS设备腔体20内的安装深度要求而确定；在平面等角螺旋天线正面无导电部分的位置上，对称的设计4个螺栓孔5，其孔径与上述金属螺栓6直径相适应；金属盖板14上也在同样位置上设计4个同样尺寸的安装沉孔12。组装时先将金属螺栓14穿在平面等角螺旋天线的螺栓孔5上，每个金属螺栓6上在紧邻平面等角螺旋天线两侧加塑料垫片19，再将各金属螺栓6加弹簧垫片17、平垫片18后固定在金属盖板14的安装沉孔12中，实现平面等角螺旋天线与金属盖板14的组装与固定。

(3)所述的BNC接头7与金属盖板14的安装与密封结构，包括采用具有气密封工艺的BNC接头7，固定在金属盖板14的信号导出孔11上。所述金属盖板14中心为两侧带上凹台13-1和下凹台13-2的缺边圆形通孔，其孔径与BNC接头7尺寸相适应。金属盖板14上凹台13-1内侧安装孔附近的表面粗糙度不大于Ra1.6，金属盖板14下凹台13-2外侧安装孔附近的表面粗糙度不大于Ra3.2。组装时将BNC接头7的接头密封垫圈22装于金属盖板14内侧，将BNC接头7的紧固垫片和螺母装于外侧，紧固好螺母后在接头密封垫圈22以及金属盖板14外侧的紧固垫片周围涂抹密封胶。

(4)所述双层屏蔽同轴线8的连接与固定结构，包括采用两端分别为SMA端子和BNC端子的双层屏蔽同轴线8，将其两端分别连接至配SMA接头9的阻抗变换器2和金属盖板14上的BNC接头7，将双层屏蔽同轴线8的中部用线卡10固定在相邻的金属螺栓6上；所述双层屏蔽同轴线8的输入阻抗为50Ω，平面等角螺旋天线的输入阻抗通过阻抗变换器2由135Ω变换到50Ω。

(5)所述金属盖板14的密封结构，包括采用在金属盖板14的法兰上开设环形槽15，在环形槽15内放入法兰密封垫圈16，并涂抹密封硅脂。

(6)所述内置式超高频传感器拓展带宽低频下限的结构，此结构为可选结构，并非必要结构，其包括采用导线将平面等角螺旋天线的两个天线导电臂分别与紧邻的金属螺栓6相连接，从而延长天线导电臂的电尺寸。操作时，将导线一端焊接在一个天线导电臂的末梢，另一端绕在紧邻的金属螺栓6上并旋紧螺母固定，这样两个天线导电臂就与金属螺栓6以及GIS设备腔体20连接在一起，实现了天线导电臂的拓展和电尺寸的延长。

结合附图1～图4，通过以下原理的阐述来对本发明专利做更为详细的说明。

为了接收超高频带范围(300MHz-3GHz)内的局部放电信号，作为超高频传感器的天线本体1必须也要具备超宽的频带范围。而如此宽频带范围内，天线本体1的输入阻抗并非是固定不变的，而且与常用同轴传输线的阻抗相差较远，因此需要采用阻抗变换器2实现天线本体1与传输线的匹配，避免产生信号反射和回波损耗。实际GIS现场条件复杂，运行中的设备会伴随有一定的机械振动，这就要求阻抗变换器2与天线本体1的连接要稳固结实，同时在保证性能的前提下安装方法要简便、电连接要可靠。本发明中公开的天线本体1与阻抗变换器2的焊接组装与固定方法如图1所示，在图2所示的阻抗变换器2连接天线本体1的一端设计一个安装用矩形凸起3，将阻抗变换器2与天线本体1设计为***式组装，使两者连接更牢固；同时由于天线本体1中心的导电通孔4内侧铺设有金属导电带，使得***后两者导电部分能够直接接触，再用点焊方式将两者直接焊接，进一步保证了电连接的可靠性。这样不仅舍去了导线过渡部分，而且大大方便和简化了焊接工序，避免了导线连接的缺点。另外，通过用热熔胶将阻抗变换器2与天线本体1进行粘接，进一步提高了两者连接的稳固性。将导线连接的内置式超高频传感器和采用通孔连接并用胶粘的内置式超高频传感器进行S11参数测试的对比，结果如图4所示。可以看出，胶粘固定后S11曲线向左有微小偏移，但满足S11<-10dB的频带宽度变化不大。由此可见，这种天线本体1与阻抗变换器2的焊接组装与固定方法对天线性能影响可以忽略，是完全可行的。

内置式超高频传感器在安装时的一个重要问题，就是避免对腔体内原有的电场分布造成影响。本发明设计的内置式超高频传感器与金属盖板14的组装固定方法，采用4个金属螺栓6实现了天线本体1与金属盖板14的连接与固定，如图1所示。可以通过调整金属螺栓6的长度来控制天线本体1在GIS腔体中的位置，使天线本体1表面与GIS腔体内表面基本平行，从而减少对原有场分布的影响。天线本体1正面和金属盖板上的4个安装孔位置，选择天线本体1正面无导电部分的区域，具体可根据实际天线本体1形式来确定。由于采用了螺母与塑料垫片19、弹簧垫片17和平垫片18配合的紧固方式，保证了天线本体1安装的稳定性，能够抵抗一定程度的外界机械振动。天线两侧采用塑料垫片与金属螺栓紧固，能够保证天线导电部分与所属金属螺栓之间绝缘性的同时保护天线正面在紧固时不被破坏。

在保证气密封的前提下将天线本体1信号引出至GIS腔体外部，也是内置式超高频传感器安装中必须要解决的重要问题。本发明设计的信号线引出接头与金属盖板14的安装与密封方法，以具有气密封工艺的BNC接头7实现了天线本体1信号的引出，并设计了对气密封性的双重保障措施，如图1所示。其中，具有密封工艺的BNC接头7是一定要满足的，不可或缺。在金属盖板14中心按照BNC接头7的长度和横截面形状以及尺寸，加工一个两侧带浅上凹台13-1、下凹台13-2的缺边圆形通孔作为信号导出孔11，用于固定BNC接头7，其两侧的上凹台13-1、下凹台13-2可对BNC接头7的两端在搬运过程中起到保护作用。按照信号导出孔11附近的内表面粗糙度不大于Ra1.6、外表面粗糙度不大于Ra3.2的要求进行加工，通过限制表面粗糙度的信号导出孔加工工艺保证金属盖板14表面工艺的密封性，此为第一重保障。组装时以金属盖板14内表面作为密封面，放置BNC接头7的接头密封垫圈22，外表面放置BNC接头7的紧固垫片和螺母来进行紧固，紧固完毕后在接头密封垫圈22以及金属盖板14外侧的紧固垫片周围涂抹密封胶，进一步保证气密封性，此为第二重保障。设计具有上下凹台的信号导出孔，并将BNC接头固定法兰和接头密封圈置于金属盖板内侧，使密封面下沉得到了保护，同时防止了BNC接头在内部高气压下意外喷出的发生。

本发明设计的信号线的连接与固定结构，采用两端分别为SMA端子和BNC端子的双层屏蔽同轴线8，连接配SMA接头9的阻抗变换器2和金属盖板14上的BNC接头7，从而建立了天线本体1信号的引出通道，如图1所示。另外，将双层屏蔽同轴线8的中部用线卡10固定在相邻的金属螺栓6上，避免因外界震动或其他因素导致的双层屏蔽同轴线8移位、晃动，以及SMA接头9和BNC接头7松动等故障。

本发明设计的金属盖板14的密封结构，包括采用在金属盖板14法兰上开设环形槽15，在环形槽15内放入法兰密封垫圈16并涂抹密封硅脂的方法，来保证金属盖板14的密封性，如图1所示。

由微波技术原理可知，天线本体1最大尺寸直接关系到可接收电磁波波长的范围，从而决定了天线本体1带宽的低频下限。而受限于GIS内部有限的空间，天线本体1通常尺寸不可过大。本发明设计的天线本体1带宽低频下限拓展方法，将导线一端焊接在一个天线臂末梢，另一端绕在紧邻的金属螺栓6上并旋紧螺母固定。因金属螺栓6与GIS设备腔体20相连，所以使天线导电臂的两臂与金属螺栓6以及GIS设备腔体20连接在一起，延长了天线导电臂的电尺寸。经实际测试，这种结构能使-10dB附近的S11曲线出现明显下降，从而有效降低天线本体1的低频下限。

优选的，在另一个实施例中，以采用等角螺旋天线作为天线本体1的超高频传感器为例，进行导电通孔4位置的设计，如图2和图3所示。其中导电通孔4所在区域之外的部分，为等角螺旋天线的两臂。初始状态下，金属螺栓6并不与两臂接触；需要进行传感器带宽低频下限拓展时，可将水平位置的两个金属螺栓6分别与其紧邻的天线导电臂尖端用导线焊接连接，即可实现天线导电臂的延长。优选的，在另一个实施例中，可按如下的推荐顺序对内置式超高频传感器进行组装：天线本体1与阻抗变换器2的组装，天线本体1与金属盖板14的组装，BNC接头7与金属盖板14的安装，双层屏蔽同轴线8的连接与固定，金属盖板14的密封。安装完成后，视实际需要再决定是否采用天线本体1带宽低频下限的拓展结构进行操作。

本发明公开的一种用于GIS局部放电在线监测内置式超高频传感器的装配结构，适用于多种基于微波印制板型天线的超高频传感器，天线本体1可采用平面等角螺旋天线、阿基米德天线、对数周期天线或者希尔伯特分型天线的传感器，包括圆板电极型内置式超高频传感器等等，同时可采用多种渐变线形式的微波印制板型阻抗变换器2，例如指数渐近线、双曲渐近线以及切比雪夫渐近线形式的阻抗变换器等等，因此具有一定的通用性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：其包括扣合在GIS设备腔体（20）上的金属盖板（14）、通过高度可调的金属螺栓（6）固定在金属盖板（14）内侧的天线本体（1）和贴合固定在天线本体（1）下表面的阻抗变换器（2）；

所述金属螺栓（6）一端固定在天线本体（1）的非导电区域，其另一端与所述金属盖板（14）连接，长度可根据安装需要选取从而控制传感器的位置；

所述天线本体（1）上的馈线连接处设有导电通孔（4）；

所述阻抗变换器（2）一端设有凸起（3），所述凸起（3）的大小与导电通孔（4）相匹配且穿过导电通孔（4）露出所述天线本体（1）正面，所述凸起（3）在天线本体（1）正面露出的两侧导电部分与天线本体（1）正面的天线导电部分电连通；所述阻抗变换器（2）的另一端设有SMA接头（9），所述SMA接头（9）经双层屏蔽同轴线（8）连接具有气密封工艺的BNC接头（7）；

所述金属盖板（14）上设有与所述BNC接头（7）形状匹配的信号导出孔（11），所述BNC接头（7）密封固定在所述金属盖板（14）的信号导出孔（11）中。

2.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：所述导电通孔（4）内侧壁上覆有与天线导电臂电连通的导电带，所述导电带与***所述导电通孔（4）的凸起（3）上的导电部分紧密接触。

3.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：其还包括线卡（10），所述双层屏蔽同轴线（8）通过线卡（10）固定在相邻的金属螺栓（6）上。

4.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：所述阻抗变换器（2）与天线本体（1）下表面之间通过热熔胶连接固定。

5.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：所述天线本体（1）与GIS设备腔体（20）内表面能够实现平行设置。

6.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：所述金属盖板（14）上的信号导出孔（11）为带上、下凹台的通孔，其上凹台（13-1）内侧的表面粗糙度不大于Ra1.6，其下凹台（13-2）内侧的表面粗糙度不大于Ra3.2。

7.根据权利要求6所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：所述金属盖板（14）内侧的上凹台（13-1）处设置有用于BNC接头（7）的接头密封垫圈（22），所述金属盖板（14）外侧的下凹台（13-2）处设置有用于BNC接头（7）的紧固垫片和螺母，紧固好所述螺母后在接头密封垫圈（22）以及金属盖板（14）外侧的紧固垫片周围涂抹密封胶。

8.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：所述金属盖板（14）上还设有环形槽（15），所述环形槽（15）内设有法兰密封垫圈（16），并涂抹有密封硅脂。

9.根据权利要求1所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：在所述天线本体（1）的非导电区域上对称设有螺栓孔（5），所述金属螺栓（6）通过螺栓孔（5）与所述天线本体（1）固定连接。

10.根据权利要求9所述的用于GIS局部放电在线监测的内置式超高频传感器装配结构，其特征在于：每个所述金属螺栓（6）上紧邻天线本体（1）的两侧加装塑料垫片（19）。