检测GIS局部放电的四频段微带单极子特高频天线研究

摘要

气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，简称GIS)是现代电网中最为重要的设备之一，它是否能够安全可靠的运行直接决定了现代电网的安全可靠运行。目前，GIS在高电压等级下的开关动作，大部分是靠液压或压缩空气驱动的，为保证系统能够正常的运行，必须定时的启动电机对系统进行作功加压，以确认系统工作性能是否可靠。但是，由于厂商在制作工艺、安装过程中或运维失当等给设备造成的缺陷，使空压机的损坏，造成驱动速度减慢或失效事故越来越多，威胁着电网的稳定运行，直接影响到了人民的生活与生产，造成严重的社会后果。对GIS内部局部放电(partialdischarge，简称PD)进行在线监测是维护GIS设备安全可靠运行的主要技术手段，也一直是本领域研究的热点。
　　本文针对GIS特高频（UltrahighFrequency，简称UHF）PD在线监测的天线传感器应具有宽频带、高增益、小尺寸等性能要求，设计了一种外置小型四频段微带单极子UHF天线传感器，并对其性能进行了测试，所开展的工作和取得的创新性成果主要如下：
　　①采用多个不同谐振频率的贴片复合技术，实现了微带单极子UHF天线的多频段工作，能有效地避开应用中存在的固定干扰频率或固定窄带干扰，并讨论了多频段生成的原因。
　　②通过采用复合结构、增加介质板厚度、加载及弯曲折叠等频带展宽和小型化技术手段，使所设计的四频段微带单极子UHF天线实现了频带展宽和小型化，该天线的四频段分别为：282MHz~288.5MHz、721.2MHz~764.2MHz、891MHz~948.4MHz和1.211GHz~1.672GHz，且该天线具有与偶极子相似的辐射特性。
　　③利用四种GIS内部典型绝缘缺陷产生UHFPD对其性能进行测试，实测结果表明：设计的天线具有良好的带宽和全方向性，在多个频段出现通频带，具有良好的UHFPD信号接收能力，且UHF信号能量与放电量的平方存在线性关系，相对于单频段微带天线灵敏度更高、尺寸更小。

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1 绪 论

1.1 GIS局部放电在线监测的意义

1.2 GIS局部放电信号检测技术

1.3 GISPD在线监测系统的研究现状

1.4 论文的主要研究内容及思路

2 GIS局部放电UHF监测多频带天线理论

2.1 天线的基本原理与重要参数

2.2 天线小型化实现方法

2.3 天线多频段实现方法

2.4 有限元法介绍

2.5 本章小结

3 四频段微带单极子天线仿真设计

3.1 外置天线的接收原理

3.2 四频微带单极子天线的设计

3.3 天线结构参数的优化

3.4 优化后的天线

3.5 本章小结

4 GIS四种典型缺陷局部放电UHF测量与分析

4.1四种模拟绝缘缺陷模型

4.2超高频法检测GIS局部放电实验

4.3 GIS局部放电实测信号及其频谱分析

4.4 GIS局部放电信号放电量分析

4.5 本章小结

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读硕士学位期间申报的发明专利

C.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目