UHF局部放電傳感器.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除UHF局部放電傳感器的設(shè)計(jì) 本文首先闡述了局部放電的原理，分為常見原因、頻帶范圍及技術(shù)瓶頸；其次給出了局部放電信號(hào)接收原理，即接收天線的設(shè)計(jì)理念；然后給出了傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分為內(nèi)置式和外置式；最后進(jìn)行了討論。相關(guān)內(nèi)容還需進(jìn)一步的分析研究。1 UHF檢測局部放電的原理變壓器超高頻法（UHF法）是通過超高頻信號(hào)傳感器接收局部放電過程輻射的超高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測。研究認(rèn)為：變壓器每一次局部放電都發(fā)生正負(fù)電荷中和，伴隨有一個(gè)陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。試驗(yàn)結(jié)果表明：局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局放源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)放電間隙比較小時(shí)，放電過程的時(shí)間比較短，電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強(qiáng)；而放電間隙的絕緣強(qiáng)度比較高時(shí)，擊穿過程比較快，此時(shí)電流脈沖的陡度比較，輻射高頻電磁波的能力比較強(qiáng)。變壓器油隔板結(jié)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度比較高，因此變壓器中的局部放電能夠輻射很高頻率的電磁波，最高頻率能夠達(dá)到數(shù)GHz。荷蘭KEMA 實(shí)驗(yàn)室的 Rutgers 等人和英國Strathclyde 大學(xué)的 Judd 等人的研究表明：油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為納秒級(jí)，能激勵(lì)起1GHz 以上的超高頻電磁信號(hào)。它可以通過超高頻傳感器加以耦合接收，這就為進(jìn)一步研究超高頻檢測技術(shù)在電力變壓器中的應(yīng)用提供了依據(jù)。在超高頻范圍內(nèi)（300MHz3000 MHz）提取局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)，外界干擾信號(hào)幾乎不存在，因而檢測系統(tǒng)受外界干擾影響小，可以極大地提高變壓器局部放電檢測（特別是在線檢測）的可靠性和靈敏度。GISGIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，由于放電點(diǎn)處電荷的迅速轉(zhuǎn)移，形成持續(xù)時(shí)間很短的電流脈沖（ns級(jí)），并產(chǎn)生頻率分量極其豐富的電磁信號(hào)（高達(dá)GHz），通過傳感局部放電所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行局部放電檢測，有可能實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的局部放電。局部放電電信號(hào)傳感面臨的關(guān)鍵困難是電磁干擾問題。GIS局部放電在線檢測要求在GIS運(yùn)行的現(xiàn)場條件下進(jìn)行檢測，由于電暈放電等原因，現(xiàn)場條件下存在大量的電磁干擾信號(hào)。尤其常規(guī)局部放電檢測所使用的頻段（幾十kHz幾百kHz），干擾信號(hào)的強(qiáng)度有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所要檢測的局部放電信號(hào)，使得局部放電檢測的電信號(hào)傳感器無法實(shí)現(xiàn)。GIS局部放電檢測的UHF傳感方法正是針對抗電磁干擾問題提出的，并在UHF頻段內(nèi)選擇合適的頻段進(jìn)行局部放電的電信號(hào)傳感。 GIS運(yùn)行現(xiàn)場的干擾源主要有：架空線和變電站母線上的電暈放電，導(dǎo)體接觸不良產(chǎn)生的電弧放電，站內(nèi)可控硅產(chǎn)生的強(qiáng)點(diǎn)脈沖，其他設(shè)備內(nèi)部的放電，無線電波，載波通訊，系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)動(dòng)作等。2 局部放電信號(hào)接收原理將導(dǎo)體放置在磁場變化的空間，導(dǎo)體有可能產(chǎn)生諧振而將空間的自由波動(dòng)轉(zhuǎn)換成傳輸結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波，從而實(shí)現(xiàn)電磁波的接收。實(shí)際中常常稱導(dǎo)體為接收天線（天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒體中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或者接收電磁波的部件），其結(jié)構(gòu)往往決定了接收電磁波信號(hào)的能力，設(shè)計(jì)合理，天線可以接收到局部放電所產(chǎn)生的超高頻信號(hào)。與接收天線對應(yīng)的是發(fā)射天線，工作時(shí)是接收天線的逆過程把傳輸結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)波轉(zhuǎn)換成空間的電磁波，這兩種工作在不同狀態(tài)的天線是互易的，即天線用于發(fā)射和接收時(shí)性能參數(shù)相同。UHF法是目前局部放電檢測的一種新方法，該方法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的UHF電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測。在80年代末，UHF法測量局部放電首先應(yīng)用在GIS設(shè)備中。在UHF法中傳感器并非起耦合的作用，而是接收UHF信號(hào)的天線，所有UHF法的原理與脈沖電流法是不同的。天線除了能有效地輻射或接收無線電波外，還能完成高頻電流或?qū)Рǎ芰浚┑酵l率無線電波（能量）的轉(zhuǎn)換，或者完成無線電波（能量）到同頻率的高頻電流或?qū)Рǎ芰浚┑霓D(zhuǎn)換。所以，天線還是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器。一副好的天線，就是一個(gè)好的能量轉(zhuǎn)換器。任何利用無線電波傳遞信息的系統(tǒng)，都包括“發(fā)射端-無線電波傳播-接收端”三個(gè)環(huán)節(jié)。為此就必須有能夠輻射和接收電磁波的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備就是天線。所以說，天線的重要作用就是輻射或接收電磁波。下圖是進(jìn)行無線電廣播線路的簡圖。局部放電傳感器的設(shè)計(jì)主要是接收天線的設(shè)計(jì)，表征天線性能的參數(shù)主要有：方向圖、方向性、增益、極化特性、天線效率、帶寬以及輸入阻抗等。圖1 無線電傳播線路圖該技術(shù)的特點(diǎn)在于：檢測頻段較高，可以有效地避開常規(guī)局部放電測量中的電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾；檢測頻帶寬，所以其檢測靈敏度很高；而且可識(shí)別故障類型和進(jìn)行定位。UHF檢測的特點(diǎn)使其在局部放電檢測領(lǐng)域具有其他方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而在近年來得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但它對傳感器的采集精度和寬帶要求很高，因此造價(jià)較高。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)UHF檢測系統(tǒng)由特高頻天線(標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線、圓柱錐螺旋天線、等角螺旋天線)、50Q射頻同軸電纜、數(shù)字式示波器、計(jì)算機(jī)及其分析軟件等組成。從結(jié)構(gòu)上，UHF傳感器分為內(nèi)置式和外置式兩種，如圖2所示。圖2 UHF傳感器結(jié)構(gòu)下面是某公司針對GIS的UHF外置式傳感器構(gòu)造。UHF傳感器主要是用來采集GIS內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)產(chǎn)生的高頻信號(hào)，此傳感器直接固定在絕緣盆子上，盤子上除了放置傳感器的地方外其他的地方用屏蔽帶屏蔽，這樣的好處是保證高頻傳感器采集的高頻信號(hào)是從GIS內(nèi)部出來的第一手信號(hào)，有效防止了外界干擾信號(hào)從盆子處進(jìn)入高頻傳感器，保證了高頻傳感器采集高頻信號(hào)的純凈度和可信對。 圖3 外置式UHF傳感器超高頻傳感器主要參數(shù)：1) 頻率范圍5001500MHz 頻寬2) 傳感器感應(yīng)度5PC3) 阻抗匹配504) 安裝方式外裝型, 固定在絕緣盆子上5) 輸出接頭N型由于雷達(dá)信號(hào)、馬達(dá)、航空、電弧等產(chǎn)生的高頻信號(hào)存在，會(huì)影響傳感器對放電信號(hào)的判定，所以需要噪音傳感器，將其放在GIS站里面，用于采集外界一切干擾信號(hào)。噪音傳感器采集的高頻信號(hào)傳輸?shù)綑z測模塊單元里面，與高頻傳感器在絕緣盆子處采集的高頻信號(hào)進(jìn)行相位比較，再次對高頻傳感器采集的高頻信號(hào)進(jìn)行判斷，用來防止外界干擾信號(hào)從GIS進(jìn)線端或者出線端進(jìn)入GIS內(nèi)部對高頻傳感器在盆子上采集的高頻信號(hào)的干擾。 圖4 噪音傳感器噪音傳感器主要參數(shù)：1) 頻率范圍3003000MHz 頻寬2) 安裝方式磁石,