[实用新型]GIS局部放电的窄带电磁波信号检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种GIS设备局部放电的窄带电磁波信号检测系统。

背景技术

随着社会对电力需求的不断增加，电力产业得到快速地发展，目前，大型输电网络的安全运行已经成为电力行业关注的重大问题。研究表明，气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switchgear,以下简称GIS）和变压设备内部以绝缘故障为多，而绝缘故障的先兆往往表现为局部放电，一般认为，高压设备中的局部放电严重影响电场分布，导致电场畸变和绝缘材料腐蚀，最终引发绝缘击穿。GIS中的局部放电通常表现为快速脉冲电流和由此激发的宽频带电磁波信号。电磁波信号的频率范围可达到数GHz，甚至更高。通过耦合此电磁波信号可检测发生在GIS设备内部的局部放电故障。为了提高信噪比，避免现场存在的电晕等复杂的干扰信号，现有的检测系统的工作频带主要在特高频（Ultra High Frequency，以下简称UHF）频段范围内，即：0.3～1.5GHz。近年来，GIS局部放电UHF检测技术在我国得到了大力发展和应用。应用该技术多次发现了GIS内部局部放电缺陷，避免了GIS绝缘故障的发生，为保证电力系统的安全可靠运行做出了重要贡献。

如图1～3所示，用于接收UHF电磁波的传感器安装于GIS设备内部（参见图1、2）或安装于盆式绝缘子10外表面（参见图3）。UHF传感器1在GIS设备2内部或盆式绝缘子外表面时，其接收到的电磁波信号频率非常宽。从信号频谱上看，在300MHz～1.5GHz频率范围内都有能量分布。因此，现有的UHF传感器都采用宽频带传感器，比如电容型传感器、等角螺旋天线、对数周期天线、领结型天线等；现有的UHF放大器及滤波器也都采用宽频带工作模式。图2所示的检测系统包括耦合器3、转换连接器4、UHF传感器1、电缆6和示波器7。图3所示的检测系统包括宽带天线8和UHF检测仪9。

近年来，随着城市规划建设的发展和边远地区输电网的发展，为了节约变电站占地面积和减少运行维护，新建变电站内采用的GIS设备越来越多。为了提高接地可靠性、防止恶劣环境对绝缘子的腐蚀，越来越多的GIS设备上采用了带金属环的绝缘子。金属环将整个绝缘子包裹起来。为了便于绝缘子浇注成形，金属环上有一个浇注孔，用于浇入环氧材料。由于现有大多数GIS设备上未安装内置式UHF传感器，而且因为金属环的阻挡，UHF电磁波只能经过浇注孔向外辐射。但是，向外辐射的UHF信号极其微弱，利用现有的外置式宽带天线及检测系统，因检测系统的灵敏度极低，仅能检测到100pC及以上的局部放电，不能达到现场检测的要求。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种能够提高检测灵敏度和信噪比的GIS局部放电的窄带电磁波信号检测系统，可以达到现场检测GIS局部放电的要求。

本实用新型的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种GIS局部放电的窄带电磁波信号检测系统，其特征在于：它主要由用于正对GIS上金属环的浇注孔放置的窄带天线、滤波器、放大器和信号采集器组成，所述窄带天线的电压信号输出端与滤波器的电压信号输入端连接，所述滤波器的电压信号输出端与放大器的电压信号输入端连接，所述放大器的电压信号输出端与信号采集器的电压信号输入端相连；所述窄带天线接收由浇注孔辐射出的电磁波信号并将其转化为电压信号后传送至滤波器，经过滤波器滤波处理后再传送至放大器进行信号放大，最后发送至信号采集器进行记录和分析。

本实用新型在有效的窄带范围内的增益远远高于现有的宽带检测方法，而且避开了在宽频带范围内的干扰信号，大大提高了信噪比。完全达到了现场检测的要求。

所述窄带天线的中心频率为GIS设备上金属环的浇注孔所辐射出的电磁波主模的截止频率f_c，窄带天线的工作带宽是50～150MHZ，窄带天线的增益相比于宽带天线大大提高，且抗干扰能力强。所述滤波器的通带为f_c-50MHZ～f_c+50MHZ，进一步提高了信噪比，所述信号采集器的模拟带宽的最小值至多为f_c-50MHZ。

本实用新型所述放大器的工作频宽为f_c-50MHZ～f_c+50MHZ，大大提高了检测灵敏度。

本实用新型所述浇注孔为矩形孔，截止频率f_c的计算公式是：