专利名称：一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置及在线监测方法
技术领域：
本发明涉及一种射频传感器测试装置及在线监测方法。
背景技术：
大量的资料表明，导致电力系统运行故障的主要原因是电力设备绝缘性能的劣化，高压电缆作为电力系统中分布最广的电力设备，其绝缘劣化的主要原因来自局部放电，而电缆终端既是高压电缆线路中场强分布最复杂的区域，也是场强集中最容易产生局部放电的区域。由于电缆线路周围的电磁环境复杂，干扰极其严重，导致传统的脉冲电流法测试技术无法用于电缆终端的局部放电在线监测。目前，国内外关于高压电缆终端局部放电在线监测的有效技术方法尚不多见。因此，开发适用于高压电缆终端的局部放电在线监测装置，有效评估电缆运行状态，对于保障电网的安全可靠运行起着十分重要的作用。
发明内容
本发明是为了实现对高压电缆终端的绝缘状态的在线监测，从而提供一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置及在线监测方法。一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，它包括信号接收装置和数据处理及显示装置；信号接收装置由探测器、滤波器和放大器组成；数据处理及显示装置包括数据采集元件和数据处理及显示装置组成；探测器由螺旋天线和阻抗匹配器组成；所述螺旋天线的形状为指数螺旋形；阻抗匹配器为逐渐变宽的结构；所述螺旋天线与阻抗匹配器的左端连接；阻抗匹配器的右端与滤波器的信号输入端连接；所述滤波器的信号输出端与放大器的信号输入端连接；放大器的信号输出端与数据采集元件的数据采集信号输入端连接；所述数据采集元件的数据采集信号输出端与数据处理及显示装置的数据采集信号输入端连接。探测器的接收频带为O. 3GHz 3GHz。阻抗匹配器的右端通过50 Ω同轴电缆与滤波器的信号输入端连接。滤波器为高通滤波器和带通滤波器，滤波频段是O. 3GHz以下以及O. 85、. 95GHz。放大器为宽带低噪声信号放大器。数据采集元件采用高性能示波器。数据处理及显示装置采用内嵌LabView软件平台的计算机实现。滤波器的信号输出端与放大器的信号输入端之间采用同轴电缆连接。基于上述装置的用于高压电缆终端局部放电的在线监测方法，它由以下步骤实现步骤一、将探测器设置在被测高压电缆终端，探测高压电缆终端的电磁信号；步骤二、将步骤一探测到的电磁信号进行滤波，获得滤波后的电磁信号；步骤三、将步骤二获得的滤波后的电磁信号进行放大，获得放大后的电磁信号；
步骤四、采用数据采集元件采集步骤三中获得的放大后的电磁信号；步骤五、数据处理及显示装置对步骤四采集到的电磁信号进行处理，获得高压电缆终端局部放电数据并显示，实现高压电缆终端局部放电在线监测。本发明采用螺旋天线和阻抗匹配器组成探测器，对高压电缆终端的电磁信号进行探测；同时将所有连接线均采用同轴电缆连接，从而有效避免了外界的电磁干扰，且接收电磁信号频率较高，避开了测试现场绝大部分电磁干扰，可对电缆终端进行持续的实时检测，并对检测数据进行存储，根据得到的数据可有效地对电缆终端绝缘状态进行评估并对绝缘劣化趋势做出正确判断，实现了高压电力电缆终端的局部放电在线监测。
图I是本发明的螺旋天线的结构示意图；图2是本发明的阻抗匹配器的上面的结构示意图；图3是是本发明的阻抗匹配器的下面的结构示意图；图4是本发明的用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的组成框图。
具体实施例方式
具体实施方式
一、结合图I至图3说明本具体实施方式
，一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，它包括信号接收装置I和数据处理及显示装置2 ；信号接收装置I由探测器3、滤波器4和放大器5组成；数据处理及显示装置2包括数据采集元件6和数据处理及显示装置7组成；探测器3由螺旋天线和阻抗匹配器组成；所述螺旋天线的形状为指数螺旋形；阻抗匹配器为逐渐变宽的结构；所述螺旋天线与阻抗匹配器的左端连接；阻抗匹配器的右端与滤波器4的信号输入端连接；所述滤波器4的信号输出端与放大器5的信号输入端连接；放大器5的信号输出端与数据采集元件6的数据采集信号输入端连接；所述数据采集元件6的数据采集信号输出端与数据处理及显示装置7的数据采集信号输入端连接。工作原理本发明从高压电缆终端外部有效获取由电缆终端内部局部放电产生的电磁波信号，并根据电磁波信号的特征，判断出局部放电发生的部位，给出局部放电量大小的估计值，从而对高压电缆终端的绝缘状态做出评估。本发明提供了一款指数螺旋接收天线，如图I所示，接收频带为O. 3GHz 3GHz，覆盖局部放电产生的所有电磁信号频率，并针对接收器提供了一款阻抗匹配器，如图2所示，其中阻抗匹配器的上下两个面分别用标记11和12标识。标识11的左侧与天线内侧一端相连接，右侧与同轴线内导体相连接；标识12的左侧与天线内侧的另一端相连接，右侧与同轴线外导体相连接。阻抗匹配器将接收器的特性阻抗转变为同轴电缆连接线的特性阻抗50 Ω，使得接收器驻波比低于2，达到工程测试的标准。本发明的所有连接线均采用同轴电缆连接线，有效避免了外界的电磁干扰，且接收电磁信号频率较高，避开了测试现场绝大部分电磁干扰，可对电缆终端进行持续的实时检测，并对检测数据进行存储，根据得到的数据可有效地对电缆终端绝缘状态进行评估并对绝缘劣化趋势做出正确判断，实现了高压电力电缆终端的局部放电在线监测。本发明能够有效消除空间电磁波干扰，获取由高压电缆终端局部放电所产生的电磁信号，得到其时域和频域波形，通过放电信号的模式识别，为判断局部放电发生部位、估计局部放电量和绝缘状态评估提供可靠依据。
具体实施方式
二、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，探测器3的接收频带为O. 3GHz 3GHz。
具体实施方式
三、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，阻抗匹配器的右端通过50 Ω同轴电缆与滤波器4的信号输入端连接。以减少信号传输的衰减和空间电磁耦合产生的干扰。
具体实施方式
四、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，滤波器4为带通滤波器。
本实施方式中，考虑干扰源是中心频率为900MHz的无线通信干扰，因此，带阻频带设置为850M 950M。
具体实施方式
五、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，放大器5为宽带低噪声信号放大器。本实施方式中，放大器选用宽带低噪声信号放大器，频带为O. 3GHz 3GHz，增益为45dB，平坦度为±ldB，且具有较好的线性度，12V直流供电，50Ω阻抗的驻波比为I. 5，基本可以忽略驻波的影响。该放大器可有效地将探测器接收到的微弱的局部放电信号进行放大。
具体实施方式
六、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，数据采集元件采用高性能示波器。本实施方式中，数据采集元件采用高性能示波器，采样率为12G/S，可采集测试频带的时域和频域波形，并通过USB数据连接线与微机相连，进行数据传输。
具体实施方式
七、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，数据处理及显示装置7采用内嵌LabView软件平台的计算机实现。数据处理、显示�？橛晌⒒蚅abView软件平台构成，对采集到的信号在微机上进行显示和存储，并通过软件实现时域信号和频域信号的切换、数字滤除窄带周期干扰、设置报警等功能。
具体实施方式
八、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置的区别在于，滤波器4的信号输出端与放大器5的信号输入端之间采用同轴电缆连接。以减少信号传输的衰减和空间电磁耦合产生的干扰。
具体实施方式
九、基于具体实施方式
一的用于高压电缆终端局部放电的在线监测方法，它由以下步骤实现步骤一、将探测器3设置在被测高压电缆终端，探测高压电缆终端的电磁信号；步骤二、将步骤一探测到的电磁信号进行滤波，获得滤波后的电磁信号；步骤三、将步骤二获得的滤波后的电磁信号进行放大，获得放大后的电磁信号；
步骤四、采用数据采集元件6采集步骤三中获得的放大后的电磁信号；步骤五、数据处理及显示装置7对步骤四采集到的电磁信号进行处理，获得高压电缆终端局部放电数据并显示，实现高压电缆终端局部放电在线监测。
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权利要求
1.一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征是它包括信号接收装置(I)和数据处理及显示装置(2);信号接收装置(I)由探测器(3)、滤波器(4 )和放大器(5 )组成；数据处理及显示装置(2 )包括数据采集元件(6 )和数据处理及显示装置(7)组成； 探测器(3)由螺旋天线和阻抗匹配器组成；所述螺旋天线的形状为指数螺旋形；阻抗匹配器为逐渐变宽的结构；所述螺旋天线与阻抗匹配器的左端连接；阻抗匹配器的右端与滤波器(4)的信号输入端连接；所述滤波器(4)的信号输出端与放大器(5)的信号输入端连接；放大器(5)的信号输出端与数据采集元件(6)的数据采集信号输入端连接；所述数据采集元件(6)的数据采集信号输出端与数据处理及显示装置(7)的数据采集信号输入端连接。
2.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于探测器(3)的接收频带为O. 3GHz 3GHz。
3.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于阻抗匹配器的右端通过50Ω同轴电缆与滤波器(4)的信号输入端连接。
4.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于滤波器(4)为带通滤波器，滤波频段是O. 3GHz以下以及O. 85、. 95GHz。
5.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于放大器(5)为宽带低噪声信号放大器。
6.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于数据采集元件采用高性能示波器。
7.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于数据处理及显示装置(7)采用内嵌LabView软件平台的计算机实现。
8.根据权利要求I所述的一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置，其特征在于滤波器(4)的信号输出端与放大器(5)的信号输入端之间采用同轴电缆连接。
9.基于权利要求I的用于高压电缆终端局部放电的在线监测方法，其特征是它由以下步骤实现 步骤一、将探测器(3)设置在被测高压电缆终端，探测高压电缆终端的电磁信号； 步骤二、将步骤一探测到的电磁信号进行滤波，获得滤波后的电磁信号； 步骤三、将步骤二获得的滤波后的电磁信号进行放大，获得放大后的电磁信号； 步骤四、采用数据采集元件(6 )采集步骤三中获得的放大后的电磁信号； 步骤五、数据处理及显示装置(7)对步骤四采集到的电磁信号进行处理，获得高压电缆终端局部放电数据并显示，实现高压电缆终端局部放电在线监测。
全文摘要
一种用于高压电缆终端局部放电在线监测的射频传感器测试装置及在线监测方法，涉及一种射频传感器测试装置及基于该装置的在线监测方法。它是为了实现对高压电缆终端的绝缘状态的在线监测。装置螺旋天线与阻抗匹配器的左端连接；阻抗匹配器的右端与滤波器的信号输入端连接；滤波器的信号输出端与放大器的信号输入端连接；放大器的信号输出端与数据采集元件的数据采集信号输入端连接；数据采集元件的数据采集信号输出端与数据处理及显示装置的数据采集信号输入端连接。方法采用探测器探测高压电缆终端的电磁信号，经滤波、放大后通过数据处理及显示装置进行处理，获得高压电缆终端局部放电数据。本发明适用于高压电缆终端局部放电在线监测。
文档编号G01R31/12GK102809721SQ20121029948
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者张晓虹, 王国利, 刘通, 张新魁, 高俊国, 郭宁 申请人:哈尔滨理工大学, 南方电网科学研究院有限责任公司
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