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新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器及其陣列的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供的新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器及其陣列，包括依次連接且同軸設置的球錐單極天線1、絕緣支撐件2、接地金屬圓盤3、N型接頭5，還包括短接柱；在球錐單極天線1的圓錐底部邊緣設置有兩個垂直于接地金屬圓盤3的短接柱4，短接柱4的兩端分別連接圓錐底部邊緣和接地金屬圓盤3，這兩個短接柱4的中軸線以及球錐單極天線1的中軸線位于同一平面內。本實用新型采用球面錐形的結構，具有寬頻帶、全向、高靈敏度、駐波比低及群時延一致性好等特點，能有效滿足放電源全向檢測的要求，由多個傳感器組成的特高頻傳感器陣列，可以對放電源進行空間準確定位，能夠滿足變電站局放源空間定位的要求。
【專利說明】新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器及其陣列
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及特高頻傳感領域，具體地，涉及新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器。
【背景技術】
[0002]特高頻(ultra high frequency, UHF)法以其覆蓋范圍廣、靈敏度高、能夠識別并定位放電源等優(yōu)點，成為近二十年來國內外局部放電檢測領域研究的重點和熱點。
[0003]近年來英國Strathclyde大學的Philip Moore等人提出了特高頻陣列空間定位的思路，通過4個特高頻傳感器組成傳感陣列，實現(xiàn)整個變電站內放電源的檢測及空間定位。這樣的系統(tǒng)的結構簡單，充分利用了特高頻技術靈敏度高、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢。相比目前的在線監(jiān)測和帶電檢測設備，在滿足狀態(tài)檢修工作要求的同時，在經濟性方面具有明顯的優(yōu)勢。
[0004]成功實現(xiàn)放電源空間定位的關鍵是特高頻傳感器，相比常規(guī)的特高頻傳感器，用于空間定位的傳感器需要有寬頻帶、低損耗、全向、群時延穩(wěn)定性好、靈敏度高等特點。
實用新型內容
[0005]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本實用新型的目的是提供一種專用于空間定位的特高頻傳感器。該傳感器主體采用球面、錐形相結合的結構，通過特定的短接柱進行性能調整，仿真及實測結果均顯示，該傳感器性能優(yōu)異，能滿足變電站空間定位的要求。
[0006]根據(jù)本實用新型提供的新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器，包括:球錐單極天線1、絕緣支撐件2、接地金屬圓盤3、短接柱4、N型接頭5 ;
[0007]球錐單極天線1、絕緣支撐件2、接地金屬圓盤3、N型接頭5依次連接且同軸設置；
[0008]在球錐單極天線I的圓錐底部邊緣設置有兩個垂直于接地金屬圓盤3的短接柱4，短接柱4的兩端分別連接圓錐底部邊緣和接地金屬圓盤3，這兩個短接柱4的中軸線以及球錐單極天線I的中軸線位于同一平面內。
[0009]優(yōu)選地，所述絕緣支撐件2的材料為環(huán)氧樹脂。
[0010]優(yōu)選地，H=7cm,W=14cm,h=0.2cm,其中，H為球錐單極天線I的圓錐高度,W為球錐單極天線I的圓錐底面直徑，h為球錐單極天線I的球錐頂點到金屬圓盤距離。
[0011]根據(jù)本實用新型提供的特高頻傳感器陣列，包括多個陣列分布的上述的新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下的有益效果:
[0013]本實用新型基于球錐單極天線理論，設計了一種可用于變電站局部放電空間定位的新型特高頻傳感器。本實用新型提供的傳感器采用球面錐形的結構，具有寬頻帶、全向、高靈敏度、駐波比低及群時延一致性好等特點，能有效滿足放電源全向檢測的要求，由多個傳感器組成的特高頻傳感器陣列，可以對放電源進行空間準確定位，能夠滿足變電站局放源空間定位的要求。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0015]圖1為本實用新型提供的特高頻傳感器的側視示意圖；
[0016]圖2為本實用新型提供的特聞頻傳感器的俯視不意圖；
[0017]圖3為傳統(tǒng)的球錐傳感器的駐波比曲線；
[0018]圖4為本實用新型提供的特高頻傳感器的駐波比曲線；
[0019]圖5為傳感器的群延遲曲線；
[0020]圖6為仿真計算的傳感器在600MHz的E面(Χ0Ζ平面)方向圖；
[0021]圖7為仿真計算的傳感器在600MHz的H面(Χ0Υ平面)方向圖；
[0022]圖8給出了傳感器的靈敏度He曲線。
[0023]圖中:
[0024]I為球錐單極天線；
[0025]2為絕緣支撐件；
[0026]3為接地金屬圓盤；
[0027]4為短接柱；
[0028]5為N型接頭。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本實用新型進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本實用新型的保護范圍。
[0030]為了實現(xiàn)變電站放電源的空間定位，傳感器陣列中采用的特高頻傳感器設計時需要考慮如下幾個方面的要求:
[0031]1.1寬頻帶
[0032]局放是寬頻脈沖信號，頻率可高達數(shù)GHz，且根據(jù)缺陷類型的不同，局放信號的主要頻率成份相差較大，為了滿足局放信號檢測的需要，特高頻傳感器需要有較寬的頻帶，典型的特高頻傳感器的工作頻率范圍為500MHz-1500MHz。
[0033]1.2低反射損耗
[0034]當天線與饋線不匹配的時候，會產生反射損耗，反射損耗越大，天線的效率就越低。為了提高天線的效率，一般要求功率損耗小于10%，與這個指標相對應的，需要天線的駐波比小于2，即用于空間定位的特高頻傳感器駐波比應該小于2。
[0035]1.3穩(wěn)定的群時延
[0036]群時延反映的是傳感器對寬頻信號不同頻譜分量的響應情況。寬頻信號由傳感器接收后，如果傳感器對信號各個頻譜分量的響應相差較大，會導致信號發(fā)生色散現(xiàn)象，影響檢測信號的波形。
[0037]對用于局放檢測的寬頻帶傳感器，群時延為常數(shù)是理想情況，當群時延穩(wěn)定性差時，傳感器接收到的局放脈沖波形上升沿會發(fā)生畸變，難以獲得清晰的脈沖上升沿，影響對局放源的定位。為了滿足空間定位的需要，工程上一般要求傳感器有較好的群時延穩(wěn)定性，波動幅度小于Ins。
[0038]1.4各向同性
[0039]增益用來定量描述天線電磁波輻射能量的集中程度，根據(jù)天線的互易定理，增益反映的也是天線接收電磁波能量的集中程度。特高頻傳感器增益的定義:定向天線和無方向天線在預定方向產生的電場強度平方之比。
[0040]對于用于局放空間定位用的特高頻傳感器，要求其在各個方向上應具有近似相同的增益特性，即各向同性，傳感器的增益接近OdB。
[0041]1.5高靈敏度
[0042]靈敏度反映的是傳感器將空間電場轉化為電壓輸出的能力。特高頻傳感器的靈敏度扎江)由下式來定義:
【權利要求】
1.一種新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器，其特征在于，包括:球錐單極天線(I)、絕緣支撐件(2)、接地金屬圓盤(3)、短接柱(4)、N型接頭(5)； 球錐單極天線(I)、絕緣支撐件(2)、接地金屬圓盤(3)、N型接頭(5)依次連接且同軸設置； 在球錐單極天線(I)的圓錐底部邊緣設置有兩個垂直于接地金屬圓盤(3)的短接柱(4)，短接柱(4)的兩端分別連接圓錐底部邊緣和接地金屬圓盤(3)，這兩個短接柱(4)的中軸線以及球錐單極天線(I)的中軸線位于同一平面內。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器，其特征在于，所述絕緣支撐件(2)的材料為環(huán)氧樹脂。
3.根據(jù)權利要求1所述的新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器，其特征在于，H=7cm,ff=14cm,h=0.2cm,其中,H為球錐單極天線(I)的圓錐高度,W為球錐單極天線(I)的圓錐底面直徑，h為球錐單極天線(I)的球錐頂點到金屬圓盤距離。
4.一種特高頻傳感器陣列，其特征在于，包括多個陣列分布的權利要求1至3中任一項所述的新型局部放電源空間定位用特高頻傳感器。
【文檔編號】G01R31/12GK203688729SQ201320878427
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】葉海峰, 錢勇, 胡岳, 湯林, 江秀臣 申請人:上海交通大學