GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究

针对变电站气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷局部放电(PD)高灵敏监测需求,以及现有刚性基底特高频(UHF)天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题,该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天线传感器,采用正弦波加载的方式以及提高天线本体间隙比的方式实现了天线本体小型化,同时巴伦与天线本体共面,大幅减小了天线整体体积,设计的柔性天线直径为150 mm,较未小型化径向距离缩小了25%。仿真和网分实测结果表明:在610 MHz~3 GHz频带范围内,柔性天线在弯曲半径为0 mm、100 mm、200 mm时的电压驻波比(VSWR)≤3.5;在790 MHz~1.8 GHz频段内VSWR≤2。最后利用搭建GIS典型缺陷局部放电模拟试验平台对设计的柔性天线进行PD检测性能实测。结果表明,设计的柔性天线在不同弯曲程度下均能有效检测到PD信号,具有较高的信噪比。

SF_(6)及SF_(6)故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法,而柔性UHF天线传感器基底材料和SF_(6)及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此,该文通过搭建SF_(6)及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台,结合GIS实际运行环境温度,开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF_(6)及其故障分解气体相容性实验研究,利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF_(6)气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现,聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF_(6)气体成分造成影响;常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF_(6)故障分解气体中的SOF_(2)发生反应,导致SOF_(2)含量明显减少;PET在纯SF_(6)最高允许运行温度110℃条件下会发生轻微氧化;PI、PET两种PD柔性UHF天线传感器基底表面均会生成较多的含氟化合物;在研制柔性UHF天线传感器时宜选用PDMS基底。研究成果对GIS柔性内置UHF天线传感器的设计和应用具有重要的参考价值。

GIS PD检测柔性内置小型化阿基米德螺旋天线传感器

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear, GIS)的外壳为圆筒型结构,而现有局部放电(partial discharge,PD)特高频(ultra high frequency, UHF)检测天线多采用FR-4环氧树脂刚性基底,天线内置到GIS内部时可能会影响设备内部的电场分布,或需要对GIS的法兰盘进行复杂的结构改造,不利于现场应用。为解决上述问题,设计了一种基于热固性聚酰亚胺柔性基底的UHF阿基米德螺旋天线传感器,且采用正弦加载的方法实现了天线直径的小型化。通过仿真和实测分析了该柔性天线的辐射特性,然后通过仿真分析了该柔性天线内置对GIS内部电场的影响,同时利用搭建的试验平台对其PD检测性能进行了实测。结果表明:该柔性天线直径为149 mm,较未小型化时缩小了24.7%,本体质量仅为15.1 g;在620 MHz~3 GHz频带内,该柔性天线在弯曲半径分别为0、250、300和350mm时的电压驻波比均不超过2.5,最大实际增益为5.5dB,在0.3~1.5GHz频带内的平均有效高度达到13.5 mm,辐射性能优异;实际安装时可忽略该柔性天线对GIS内部电场分布的影响,且其在弯曲形变前后及内置后均能有效检测PD信号。研究成果为内置式天线传感器的设计提供了参考。