基于特高频法的车载电缆终端局放检测传感器的设计与应用研究

摘要

高速列车的迅速普及对电力设备的要求越来越高，因车载高压电缆在运行时完全暴露在空气中，如何检测车载电缆终端局部放电情况，如何诊断车载电缆终端放电类型，是一个很重要的问题。一般来说，电缆本体很少发生局放，局部放电多集中在电缆终端和电缆中间接头。电缆中间接头或终端内部发生局部放电时，会伴随产生特高频电磁波信号，利用接收该频段信号的天线传感器可接收到该特高频信号，从而实现局部放电检测。特高频法检测的信号范围一般在300MHz~3GHz，而现场干扰往往都在400MHz以下，因此特高频法可以实现宽频带检测，且抗干扰能力强。本文选择进行特高频法来进行车载电缆终端局部放电的相关检测研究。　　首先本文研究了通信领域特高频频段天线设计和特高频局放检测领域相关文献，首先研究了天线一些重要的性能参数，受到了通信上广泛使用的UWB天线启发，研究归纳了一系列单极子贴片天线设计计算所需要的模型，提出了用于特高频检测的单极子贴片天线相关参数性能要求。　　随后，本文利用AnsoftHFSS仿真软件，在前面的基础上计算出了单极子贴片天线原型参数，进行了原型天线的仿真。在研究了天线设计中广泛使用的超宽带实现技术后，选择了曲流技术作为优化单极子贴片天线的方法，多次利用曲流技术，对原型单极子贴片天线进行优化，将天线添加阶梯状结构和正方形开槽，实现了天线的超宽带优化，经过优化设计的天线在仿真设软件工作相对频带已经超过了100%。　　最后本文利用FR-4基板进行实物天线制作，利用Keysight网络分析仪实际测试天线性能，实测表明，天线的实际带宽还优于仿真设计带宽，同时实物天线的回波损耗变化趋势与仿真设计一致。然后本文设计了三种车载电缆终端缺陷模型，并搭建了局放检测高压实验平台，利用实物天线进行检测，并对实验结果进行分析，实验结果表明，天线能够有效检测到局放信号，且不同的局放模型有着不同的信号分布特征规律。　　本文以单极子贴片天线为蓝本，利用曲流技术设计优化了一种用于特高频局放检测的超宽带天线，进行了天线实物打样制作及检测，确定了天线实际工作带宽，制作了三种车载电缆终端缺陷模型并进行了相关局放检测实验，证明了所设计天线具有检测局放能力，所设计的天线具有一定的实际应用前景。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及电缆终端局放检测意义

1.2 电缆终端局放检测技术

1.3 国内外研究现状

1.3.1 局放缺陷类型诊断研究

1.3.2 宽频带UHF局放传感器研究

1.4 论文的研究内容

第2章电缆终端局放检测UHF 传感器天线设计理论

2.1 传感器天线基本参数

2.1.1 方向性

2.1.2 增益

2.1.3 极化特性

2.1.4 驻波比

2.1.5 输入阻抗

2.1.6 效率

2.1.7 回波损耗

2.1.8 带宽

2.2 电缆终端局放检测传感器天线性能指标要求

2.3 单极子贴片天线设计原理

2.3.1 单极子贴片天线原理

2.3.2 宽频带技术

2.3.3 微带线模型

2.4 本章小结

第3章用于电缆终端局放检测基于曲流技术的单极子贴片天线设计

3.1 外置天线接收原理

3.2 天线基板选择

3.3 天线原始参数的计算与仿真

3.4 原型单极子贴片天线带宽优化

3.5 本章小结

第4章传感器性能测试和电缆终端缺陷模型局放实验

4.1 天线实物制作及回波损耗实测

4.2 电缆终端缺陷模型的设计制作与实验平台搭建

4.3 电缆终端缺陷模型的实测信号及频谱分析

4.3.1 尖刺缺陷下的局部放电信号及频谱分析

4.3.2 气隙放电缺陷下的局部放电信号及频谱分析

4.3.3 沿面放电缺陷下的局部放电信号及频谱分析

4.4 本章小结

结论与展望

一、结论

二、展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果