开关柜局部放电超高频在线监测天线
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南京工程学院电气工程学院、中国国家电网江苏电力有限公司镇江供电分公司研究员陈雷、唐健、王志瑞在2019年《电气技术》杂志上撰文指出，为了满足宽带、高增益、小尺寸的高压开关柜局放超高频检测天线的性能要求，在引入科赫分形结构和空气层理论的基础上，设计了一种新型科赫分形微带天线。
利用仿真软件HFSS对天线模型的结构参数进行了优化分析，选择了一组较优参数作为天线对象。仿真结果表明，天线尺寸为180mm×180mm，VSWR < 5的检测频带为535-825 MHz，天线平均增益为1.5dB，满足超高频检测的要求。
近年来，随着我国电网规模的不断扩大，高压开关柜已被广泛用作电力系统的关键元件。高电压开关柜由于其内部空间小、部件多、结构复杂、绝缘距离小等特点，比其他电力设备更容易出现绝缘缺陷，从而引起局部放电故障。一般来说，局部放电产生的电流脉冲可以激发超高频带的电磁信号(0.3 ~ 3千兆赫)。由于该频段几乎没有外界干扰，人们逐渐将超高频在线检测方法作为检测局部放电信号的重要手段。
超高频传感器是局部放电超高频检测系统的核心设备。用于局部放电检测的超高频传感器主要包括以阿基米德螺旋天线为代表的非变频天线、以单极天线为代表的线天线和以微带天线为代表的面天线。其中，微带天线以其低剖面、小体积、易集成等优点逐渐成为超高频传感器的研究热点。
然而，与其他天线相比，微带天线的频带较窄，这在一定程度上限制了其在电力设备局部放电检测系统中的应用。如果在加宽微带天线的检测频带的同时能够保持上述优点，则能够获得具有小体积、易于安装和高检测灵敏度的微带天线。
本文设计的微带天线通过增加介质板和空气层结构的厚度，有效地拓宽了天线的频带。引入科赫分形理论来增加辐射贴片的有效长度，可以降低谐振频率，实现天线结构的小型化。在理论计算方面，通过将科赫分形结构与圆形微带结构拟合，估算出分形天线的主要尺寸。较后，利用高频结构模拟器(HFSS)建立天线模型，通过仿真计算配置较佳天线模型参数。仿真结果表明，本文设计的天线能够满足超高频在线检测开关柜的要求。
图1科赫曲线迭代过程
图2科赫分形天线结构
图4科赫微带天线模型
结论
本文在介绍科赫分形理论和传统矩形微带天线的基础上，设计了一种适用于开关柜局部放电的超高频探测天线。利用电磁仿真软件HFSS对天线进行了优化建模和仿真，得出以下结论:
采用圆形微带结构来拟合Koch分形天线结构可以正确计算天线模型各个方面的尺寸。通过改变微带贴片的形状和馈电点的位置，增加介质基片和空气层的厚度，可以有效地扩展宽带，降低谐振频率，在满足宽带和低频的同时，可以实现天线的小型化，便于以后的安装。
所设计的超高频传感器的检测频带为535-825兆赫，VSWR小于5。在检测频段内，天线具有良好的方向性，平均增益为1.5分贝，能够满足0+局部放电超高频信号的捕获要求。
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