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随着国家智能电网对城乡配电网建设规划,配电网迎来了快速发展时期。对于配电网中主设备站用10kV开关柜的安全稳定运行直接关系到配电网的供电的安全与质量。目前,对于开关柜放电监测采用的传统的超高频方法通过对放电波形的完整获取实现对放电信号分析诊断,对于整个硬件成本提出了较高的要求,无法实现规模化的应用。因此,需要研制一种新型的超宽频天线传感器,实现对开关柜放电高频信号的快速获取,并在此基础上结合天线监测信号特征实现对开关柜信号的信号调理,降低系统对采样率,传输宽带以及信号实时处理的要求。开展对在运开关柜的运行状态的监测,特别是其绝缘状态的监测,实现即时掌握变电站配电网络中一次电气设备的绝缘信息,避免开关柜发生绝缘等事故造成配电网停电,具有重要现实意义和潜在的应用价值。本文的主要研究内容有: ①对开关柜监测进行了概述,介绍了开关柜的工作原理及其主要元器件,并对开关柜主要的电类以及非电类检测方法进行了归纳和总结; ②对站用开关柜结构特征及其发生局部放电信号类型的研究与分析,提出了一种基于微带天线理论的超宽频天线,利用有限元软件HFSS设计并优化得到超宽频天线模型,得到的整个天线的带宽范围为500MHz-1500MHz,并且天线设计具较好的方向性特征,通带内平均增益值达到2.32dB。 ③基于研制的超宽频天线,设计了开关柜放电中典型的放电模型,通过搭建实验室试验平台,验证设计天线的灵敏性及快速响应特征。 ④根据天线监测放电信号特征,研制得到开关柜放电监测硬件系统,系统中通过信号调理单元中信号放大电路、信号滤波电路、信号降频检波电路实现对信号调理后进入信号采集单元中实现对信号的快速转化为数字信号,并将信号流进入由FPGA+DDR组成的缓存模块中实现对信号的快速缓存,最后进入信号采集单元实现对信号的快速计算,并开发出适用于放电监测用软件平台。 ⑤最后,将该站用10kV开关柜超宽频天线监测系统在变电站10kV开关柜室中进行挂网试验。通过现场挂网试验监测数据及实际应用,验证了研制的状态监测系统能够实现对开关柜放电信号进行超高频检测,并且能够实时反映在运设备的绝缘状态,具有良好监测性能。