一種gis局部放電和vfto的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠同時(shí)測(cè)量氣體絕緣組合電器（GIS)局部放電和特快速暫態(tài)過 電壓（VFTO)信號(hào)的系統(tǒng)，屬開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣體絕緣組合電器（GIS)是20世紀(jì)60年代才出現(xiàn)的一種新型裝置，與原有電氣 設(shè)備相比，GIS具有占地面積小、運(yùn)行安全可靠、檢修周期長(zhǎng)、安裝方便、不受外界環(huán)境影響 等優(yōu)點(diǎn)。為了使設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)了解GIS的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除設(shè)備的潛在缺陷， 需對(duì)GIS內(nèi)部的局部放電和特快速暫態(tài)過電壓（VFTO)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0003] GIS中發(fā)生放電時(shí)局部放電脈沖寬度可達(dá)l-2ns，可激發(fā)頻率達(dá)IGHz以上的電磁 波。因此可以運(yùn)用超高頻法對(duì)GIS進(jìn)行局部放電檢測(cè)。由于分形天線具有嚴(yán)格的自相似 性和空間填充性，可以實(shí)現(xiàn)天線的多頻段和小型化應(yīng)用。目前研宄較多的分形天線主要有 Koch島、Sierpinski地毯分形、Hilbert分形天線、Peano分形天線和Minkowski分形天 線，由于這些分形天線的體積不夠小，一般放置在盆式絕緣子外側(cè)，因此其接收到的信號(hào)幅 值低，易受外界信號(hào)干擾，靈敏度和抗干擾能力均較差。
[0004] Moore分形曲線也屬于平面填充式分形曲線的一種，圖1是一至四階Moore分形曲 線形狀示意圖，Moore分形曲線可以描述為：將正方形等分成四個(gè)一階小正方形，依次連接 左下角、左上角、右上角、右下角的正方形中心，得到一個(gè)分形單元（即一階Moore分形）；將 每個(gè)一階小正方形分別分割為四個(gè)二階小正方形，重復(fù)上述過程，生成的高階分形單元開 口方向遵守一定規(guī)則（圖1中，n=2和n=3時(shí)，左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單 元的開口方向依次為：左、下、下、右，n=4時(shí)，左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單 元的開口方向依次為：右、右、左、左，η > 4時(shí)與n=4時(shí)相同)，并按照特定的順序連接分形 單元的開口（圖1中為依次連接左下角、左上角、右上角、右下角的高階分形單元開口），最終 就得到一條可以填滿整個(gè)正方形的曲線，這就是Moore曲線。Moore分形天線的導(dǎo)線層構(gòu)成 的高階分形曲線中，成對(duì)出現(xiàn)的兩個(gè)邊為平行導(dǎo)線（圖2中的細(xì)實(shí)線)，連接平行導(dǎo)線的邊為 短路終端（圖2中的粗實(shí)線)，將分形單元連接為完整曲線的邊為附加導(dǎo)線段（圖2中的粗虛 線)。在Moore分形天線中，三類導(dǎo)線（即平行導(dǎo)線、短路終端和附加導(dǎo)線)的長(zhǎng)度都相等，其 結(jié)構(gòu)更加緊湊，容易制出體積更小的天線。因此，合理設(shè)置Moore分形天線的參數(shù)有望提高 GIS內(nèi)部的局部放電的檢測(cè)水平。
[0005] 目前，特快速暫態(tài)過電壓（VFTO)的檢測(cè)主要是采用內(nèi)置電容探頭法、預(yù)埋電極法 和套管末屏法，前兩種方法不適于已經(jīng)投運(yùn)的GIS變電站，套管末屏法只能測(cè)量GIS外部 VFT0,而且這些方法測(cè)量帶寬窄，高頻截止頻率只有幾 MHz，而VFTO的頻率很高（最高可達(dá) 上百M(fèi)Hz)，因此無法獲得理想的檢測(cè)效果。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)的另一明顯缺點(diǎn)是，為了進(jìn)行局部放電測(cè)量和VFTO測(cè)量，GIS腔體上需 要安裝兩套測(cè)量設(shè)備，這就增加了測(cè)量系統(tǒng)的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系 統(tǒng)，它可以在保證檢測(cè)效果的同時(shí)簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0008] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案解決的： 一種GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，構(gòu)成中包括Moore分形天線及其信號(hào)處理系 統(tǒng)，Moore分形天線接收氣體絕緣組合電器的局部放電和特快速暫態(tài)過電壓信號(hào)、并送至信 號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；所述Moore分形天線包括介質(zhì)基板和分別敷設(shè)于介質(zhì)基板兩側(cè)的接 地板和Moore分形導(dǎo)線層；所述導(dǎo)線層中的導(dǎo)線分為三種類型，分別稱為平行導(dǎo)線、短路終 端和附加導(dǎo)線，導(dǎo)線參數(shù)分為長(zhǎng)度講P寬度表其數(shù)值根據(jù)彎折線天線諧振頻率建立天線的 諧振頻率/公式、計(jì)算出與可用諧振頻率相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線段長(zhǎng)度級(jí)寬度6的最佳值，從而得 到所需的Moore分形天線。
[0009] 上述GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括選擇濾波器、局部 放電信號(hào)處理單元和VFTO信號(hào)處理單元，所述選擇濾波器內(nèi)設(shè)有高通濾波器和低通濾波 器，在進(jìn)行VFTO測(cè)量時(shí)，Moore分形天線的輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后傳輸?shù)絍FTO信號(hào) 處理單元；在進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí)，Moore分形天線的輸出信號(hào)經(jīng)高通濾波器濾波后傳輸 到局部放電信號(hào)處理單元。
[0010] 上述GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，所述分形天線為四階，確定分形天線參數(shù) 的具體步驟如下： ① 將天線的導(dǎo)線段劃分為64對(duì)平行導(dǎo)線、64條短路終端和63條附加導(dǎo)線，平行導(dǎo)線、 短路終端、附加導(dǎo)線的長(zhǎng)度相等，用康示；三類導(dǎo)線段的寬度相同，用g示； ② 建立天線諧振頻率/W計(jì)算方程：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，包括Moore分形天線及其信號(hào)處 理系統(tǒng)，Moore分形天線接收氣體絕緣組合電器的局部放電和特快速暫態(tài)過電壓信號(hào)、并送 至信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；所述Moore分形天線包括介質(zhì)基板（1)和分別敷設(shè)于介質(zhì)基板 (1)兩側(cè)的接地板（3)和Moore分形導(dǎo)線層（2);所述導(dǎo)線層（2)中的導(dǎo)線分為三種類型， 分別稱為平行導(dǎo)線、短路終端和附加導(dǎo)線，導(dǎo)線參數(shù)分為長(zhǎng)度講P寬度表其數(shù)值根據(jù)彎折 線天線諧振頻率建立天線的諧振頻率/公式、計(jì)算出與可用諧振頻率相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線段長(zhǎng)度 及寬度6的最佳值，從而得到所需的Moore分形天線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，所述信號(hào)處理 系統(tǒng)包括選擇濾波器、局部放電信號(hào)處理單元和VFTO信號(hào)處理單元，所述選擇濾波器內(nèi)設(shè) 有高通濾波器和低通濾波器，在進(jìn)行VFTO測(cè)量時(shí)，Moore分形天線的輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波 器濾波后傳輸?shù)絍FTO信號(hào)處理單元；在進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí)，Moore分形天線的輸出信號(hào) 經(jīng)高通濾波器濾波后傳輸?shù)骄植糠烹娦盘?hào)處理單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，所述分形 天線為四階，確定分形天線參數(shù)的具體步驟如下： ① 將天線的導(dǎo)線段劃分為64對(duì)平行導(dǎo)線、64條短路終端和63條附加導(dǎo)線，平行導(dǎo)線、 短路終端、附加導(dǎo)線的長(zhǎng)度相等，用康示；三類導(dǎo)線段的寬度相同，用g示； ② 建立天線諧振頻率/W計(jì)算方程：
其中，Ctl為真空中光速，f為相位常數(shù)，0=2π/2，《為平行雙導(dǎo)線的對(duì)數(shù)，&64,5·為 導(dǎo)線段總長(zhǎng)度6-2554 ie {〇,幻； ③ 對(duì)于不同的A M直，分別計(jì)算天線諧振頻率/，然后根據(jù)諧振頻率/W可用范圍確 定A 6的最佳值； ④ 根據(jù)A 6的最佳值制作Moore分形天線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，所述介質(zhì)基板 (1)的材質(zhì)為玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料，其耐熱等級(jí)為FR-4,厚度為2_，所述接 地板（3 )和導(dǎo)線層（2 )的材質(zhì)為銅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，在Moore分形 天線的饋電點(diǎn)處設(shè)置有貫穿接地板（3)、介質(zhì)基板（1)和導(dǎo)線層（2)的通孔。
【專利摘要】一種GIS局部放電和VFTO的測(cè)量系統(tǒng)，包括Moore分形天線及其信號(hào)處理系統(tǒng)，所述Moore分形天線包括介質(zhì)基板和分別敷設(shè)于介質(zhì)基板兩側(cè)的接地板和Moore分形導(dǎo)線層，確定導(dǎo)線層各部分尺寸時(shí)將三種導(dǎo)線段的長(zhǎng)度d和寬度b作為參數(shù)，根據(jù)彎折線天線諧振頻率的計(jì)算方法建立天線的諧振頻率f的計(jì)算方程，計(jì)算出與可用諧振頻率相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線段長(zhǎng)度d及寬度b的最佳值，從而得到所需的Moore分形天線。本發(fā)明將Moore分形天線用作信號(hào)傳感器，該天線能夠同時(shí)滿足GIS局部放電和VFTO的測(cè)量要求，不僅可節(jié)省測(cè)量設(shè)備，降低測(cè)量成本，而且體積小巧，便于安裝在GIS內(nèi)部，從而提高了設(shè)備的靈敏度和抗干擾能力。
【IPC分類】G01R31-12, G01R19-165
【公開號(hào)】CN104833907
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510277165
【發(fā)明人】王永強(qiáng), 李建芳, 歐陽寶龍, 鄭志宏, 李長(zhǎng)元
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日