GIS局部放电检测的微带贴片天线的研究.pdf

Gl S局部放电检测的微带贴片天线的研究 张晓星，唐炬，彭文雄，盂延辉 (重庆大学高电压与电工新技术教育都重点实验窒，重庆400044) 攘要：搴文续念实际气俗缝缘缝合电黎鼯ls)嬉棱、运行特煮，设诗了篇予GIS是煞液毫检测的外萋超高 频微带贴片天线(MPA)传感器，该传感器安装在GIS盆式绝缘子处，接收盆式绝缘予处泄漏的电磁波，并 对嬲匿空闻电磁干扰抑制；在选择天线基板材辩、厚度秘形状、附加阻抗题配瞬络等方面进行了频带震宽。 计舞和实测表明，天线的宥效工作频带震宽为340～440MHz,中心频率为390MHz，绷澍带宽25．6％，达到 宽频带天线范阑，并且最大辐射和接收方向上的增益达到了5．38．实验室GIS模拟装鼹测量表明该天线传 感器瞧麓炎好，其有较嵩灵敏度，霹鬻手GIS弱敖在线整溅。 关键词：局部放电，MPA 1 引言 局部放电是气体绝缘组合电器(GIS)绝缘监测的霾要内容。GIS中发生放电时局部放 电脉冲宽度霹达1．211s，可激发频率达IGHz以上的电磁波瑟l，嚣此，霹以运矮超高频法 J(UHF)对GIS进行局部放电的检测。 超离频法捡测局敖盼关键是传感器。嚣嚣用予超态频检测的传感器主蘩有内置传感器f2p‘ 和外置天线13’4俩类。外置天线不影响GIS内部电场、安装方便，．故外置天线更有利于现场 实现。由于局放信号可沿着GIS传播，在盆式绝缘予处泄漏，因此外置天线安装的最佳位 置是盆式绝缘子处。本文研制了一种安装在GIS盆式绝缘子处，异i子GIS辨置UFH局放检 测的微带贴片天线(MPA)，在实验室GIS模拟装置上实测表明，可用于局部放电检测的研究。 2。微带贴片天线(MPA)设计与分析 2。l超高频外置天线的选择 为了使传感器比较好地耦合剜发生局部放电对所激发的电磁信号，必须满足以下要求： 1)较好接收信号的同时抑制干扰；2)带宽和中心频率要合适；3)驻波比小于2，并且具有较 高麴增盏和灵敏度；毒)整个天线接收系统阻抗要匹配，且现场安装要方便。根据上述要求， 要能有效地检测GIS局部放电超高频段的信号，应在线元天线、行波天线及阵列天线中选 择。考虑到现场的安装和实际的尺寸以及微带天线(属线元天线的一种)具有的优点(测露 薄、体积小、重量轻：具有平面结构、馈电网络可与天线结构一起制成；便于获得圜极化等) 【5，6】，所以选用微带天线，而它的主要缺点(频带较窄)可通过本文所述的方法来克服。 2。2徽带赔麓天线的结构与工{繁源理 本文设计的微带贴片天线由矩形金属贴片、介质扳、金属底板和馈线四部分构成，如图 l所示。 175 图l微带贴片天线结构示意图 微带贴片天线是由矩形金属贴片粘贴在背面有导体接地板的介质板上形成的。介质板选 题介电掌数较低静聚苯乙烯搴孝辩，其会电常数为2。62。天线剩焉金瘸贴片和金属底板之闻戆 缝隙接收电磁波，并转化为高频电流，用同轴探针作为馈线进行馈电，通过50Q同轴射频 电缆把信号引给检测设备。 2。3天线的带宽 天线带宽可用高端频率与低端频率之差与中心频率之比的百分数表示，即【5l ， ， B=也咝—』蛾 j (1) 五 式孛，五为中心频率。 局部放电的脉冲能量几乎与频带宽度成芷比【71，而微带天线是窄频带天线，微带贴片．天 线的窄频带特性是有其高Q的谐振本性所决定的，即存贮于天线缡构中的能量比辐射和其． ‘ 他的能量损耗犬的多，这意味着当在谐振时实现了匹配丽当频率镳离谐振时电抗分量急剧变 动使之失配。天线的总的品质因数Q为嘲： l 1 1 l 圆 —O兰虿+西+西gQ蜴 一 式中鳞、2蘩l绞分裂代表由辐射功率0、导体损耗