论文部分内容阅读
电力电缆在电力系统中应用越来越广泛,而电缆附件(包括中间接头和终端头)是电力电缆的重要组成部分。电缆附件内部结构复杂,是电力电缆绝缘最薄弱的环节,同时也是运行故障最典型的部位。局部放电(Partial Discharge,简称PD)是引起电缆附件早期绝缘故障主要原因。因此,对电缆附件进行局部放电检测对保障电缆安全运行具有深远的理论意义和重要实用价值。本文针对交联聚乙烯(Cross-linked Polyethylene,简称XLPE)电缆附件,根据超高频(Ultra High Frequency,简称UHF)检测技术的特点,综合天线理论和电气测量技术,对电缆附件展开了局部放电检测的研究。具体内容如下：电缆附件复杂的内部结构,存在多层复合界面,使得UHF检测法在电缆附件中检测信号的难度增加。根据局部放电产生的UHF磁波的传播特性,对局部放电检测用的超高频传感器的设计要求进行研究,设计结构简单的内置平面缝隙天线。利用Ansoft HFSS软件对蝶形天线进行仿真,通过对天线进行开槽等和Balun馈电来拓宽蝶形天线的频带,提高天线的性能,最终研制了有效带宽为365MHz-577MHz内置蝶形天线传感器实物。通过理论分析计算了阿基米德螺旋天线的特性,利用Ansoft HFSS软件设计了阿基米德螺旋天线。通过添加反射腔来提高天线的增益、改善天线的方向特性,从而提高PD检测的灵敏度。同时采用了一种指数渐变微带线巴伦进行馈电来实现阻抗匹配。最终研制了有效带宽为0.7GHz-3GHz阿基米德螺旋天线传感器实物,并使用矢量网络分析仪对蝶形天线进行测量。应用高频处理软件Advanced Design System,选取适当的电路元件以及相应的电路模型,设计工作频带为400MHz～800MHz的前置放大电器和带通滤波器,对电路的主要参数进行了仿真设计,优化改善了电路的性能。为了降低采集到的局部放电信号频率,研制了基于高频检波二极管HSMS～2825检波器,能将传感器采集到的超高频信号降低到2MHz-20MHz,从而大幅度的降低了对数据采集系统的采集速率和数据量。设计了基于芯片AD9481的两路高速数据采集系统,最高采样速率为250MSPS。研究表明,本文设计的UHF传感器(蝶型天线和阿基米德螺旋天线)可作为电缆附件局部放电检测前置传感器,设计的超高频检测电路可用于高压电缆局部放电检测系统。