CN107014467B - 一种电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法，测量装置包括安装在变压器储油柜底部的超声波探头和标定探头，标定探头安装在储油柜内部与内部绝缘油相连通，超声波探头和标定探头通过传感器屏蔽电缆与数据处理器连接，数据处理器与主控室主机相连，液位探头采用的基于声呐原理的超声波测试方法，利用超声波信号直接穿过储油柜金属壁，而不需要对油柜壁打孔安装，避免了传统的浮球指针式机械结构长期运行产生的机械磨损，从根本上解决了原有液位测量装置的技术弊端；本发明方法科学准确，测量精度高，处理器响应速度快，能够满足目前330kV以上电力变压器储油柜液位测量要求。

Description

一种电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法

【技术领域】

本发明属于声呐法液位电子测量技术领域，涉及一种电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法。

【背景技术】

目前，大部分330kV电力变压器储油柜液位测量装置采用连通玻璃管直观显示和指针式浮球机械的测量方法，有以下弊端：

在浮球连杆机构出现故障时，原有的指针式测量显示装置失效，而且浮球连杆机构传动角度为0-45度，难以满足超高或超低液位测量要求。由于储油柜安装在主变上侧，约有5米以上高度，运维人员很难用肉眼直观观察实时液位数据，必须借助望远镜等仪器。

在目前智能电网建设时期，传统的液位上下限开关量不满足储油柜液位数据实时测量、采集、显示功能，无法实现与主控室主机信号传输。

基于以上技术不足，因此，有必要提出一种原理科学、数据准确、功能综合的更加稳定的电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法，采用声呐法液位测量原理，结合两组超声波液位探头和标定探头，使用DSP芯片的数字式电子测量方法，提高液位测量数据的准确度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力变压器储油柜液位测量装置，包括安装在变压器储油柜底部的超声波探头和标定探头，标定探头包括超声波探头和竖直设置的连通杆，连通杆顶部安装有密封器气室，标定探头安装在储油柜内部与内部绝缘油相连通，超声波探头和标定探头通过传感器屏蔽电缆与数据处理器连接，数据处理器与主控室主机相连，数据处理器采用DSP芯片，并集成了信号输出接收电路、信号放大电路、滤波电路和AD/DA转换电路；

通过超声波探头和标定探头分别测量超声波在压器储油中的传播速度和传播时间，计算获得电力变压器储油柜的液位数据。

进一步，数据处理器内部采用集成电源电路，包括探头用电源电路和数据处理器用电源电路。

进一步，在主变有载调压储油柜安装有超声波探头和标定探头，该超声波探头和标定探头通过传感器屏蔽电缆与数据处理器连接。

进一步，所述数据处理器表面安装有液晶显示面板。

一种电力变压器储油柜液位测量方法，通过数据处理器的DSP芯片按照预设程序周期性的输出超声波数字信号，超声波数字信号经DA转换后发送至标定探头，标定探头发出超声波信号，该信号穿透标定探头连通杆内部的主变绝缘油，到达标定探头顶部密封器气室后返回到达标定探头，该返回信号经AD转换后被送至DSP芯片进行处理，通过DSP芯片计算出超声波在主变储油柜内部绝缘油的传播速度V，并保存在DSP芯片内；

同时液位探头按照预设程序周期性的输出超声波数字信号，超声波数字信号经DA转换电路发送至液位探头，液位探头发出超声波信号，该信号穿透主变储油柜柜壁，进入储油柜本体内部，到达主变储油液面顶部后返回，最终穿透主变储油柜柜壁进入液位探头，该返回信号经过屏蔽电缆传递至数据处理器经AD转换后送至DSP芯片，通过DSP芯片计算得出超声波经发射到返回的时差t；

利用标定探头测得的主变储油柜内部绝缘油的传播速度V和液位探头测得的超声波在主变储油柜内发射到返回的时差t，通过公式h＝(V*t)/2，计算出主变储油柜液位高度h。

进一步，在DSP芯片中利用公式V＝(2*L)/(t2-t1)计算出超声波在主变储油柜内部绝缘油的传播速度V；其中t2为标定探头发出超声波信号时间，t1为标定探头接受超声波信号时间，L为标定探头连通杆长度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、液位探头采用的基于声呐原理的超声波测试方法，可以利用超声波信号直接穿过储油柜约1cm的金属壁，而不需要对油柜壁打孔安装，避免了传统的浮球指针式机械结构长期运行产生的机械磨损，从根本上解决了原有液位测量装置的技术弊端。

2、所增加的标定探头相当于一个针对各种绝缘油材料的超声波速度预先标定，与液位探头配合使用，避免了绝缘油密度和成分产生变化对超声波速度的影响，提高了液位测量数据的准确度。

3、利用DSP芯片作为信号数据处理核心，可以按照程序预设产生需要的超声波数字信号利用DA转换发送给液位探头和标定探头，液位探头和标定探头接收的模拟信号利用AD转换传送给DSP需要的数字信号，处理速度快，实效性好。

4、所增加的通讯电缆与主控室主机信号传送流程，可以将液位上下限报警信号传送给运维人员，以便及时处理。

5、所增加的屏蔽通讯电缆可以将主变及开关等设备产生的磁信号屏蔽消除，提高数据传输的准确度。

进一步，液晶显示器可以实时显示当前储油柜和调压储油柜的液位，运维人员直接可以观察。

【附图说明】

图1为本发明的结构示意图；

其中，1为变压器储油柜，2为变压器油，3为储油柜支柱，4为变压器储油柜标定探头，5为主控室主机通讯电缆，6为数据处理器电源引线，7为数据处理器液晶显示屏，8为数据处理器，9为变压器储油柜液位探头，10为传感器屏蔽电缆，11为主变有载调压储油柜标定探头，12为主变有载调压储油柜液位探头，13为主变有载调压储油柜，14为主变储油柜和主变有载调压储油柜隔板。

图2为液位探头和标定探头测量原理图；

其中，401为标定探头上部密封器，402为标定探头上部密封器内部气室，403为标定探头连通杆，404为接收波返回信号路径，405为发射波传递信号路径；

图3为超声波测量原理图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，本文所描述的实施例仅仅为本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护范围。

参见图1，本发明的电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法，包括变压器储油柜1和主变有载调压储油柜11，变压器储油柜1和主变有载调压储油柜11底部分别安装有超声波探头，标定探头。超声波探头和标定探头通过传感器屏蔽电缆10与储油柜下部的数据处理器8连接。标定探头需要安装进入储油柜内部，与内部绝缘油相流通。数据处理器表面安装有液晶显示面板，数据处理器8通过通讯电缆与主控室主机相连。数据处理器8内部采用集成电源电路，包括探头使用电源信号和数据处理器电源信号。数据处理器内部采用DSP芯片，并集成了信号输出接收电路、信号放大电路、滤波电路、和AD/DA转换电路。

参见图2和图3，DSP芯片按照预设程序不断周期性输出超声波数字信号，经DA转换电路，将该信号发送至标定探头，标定探头发出频率为f的超声波信号，由于标定探头连通杆403长度为0.3米，该信号穿透标定探头连通杆403内部的主变绝缘油，到达标定探头上部密封器气室402，由于超声波在液体与气体传播速度和能量吸收比差异的存在，导致超声波信号碰到密封器气室而返回，最终到达标定探头。该返回信号经AD转换被送至DSP芯片进行处理。

可用下式计算出超声波在主变储油柜内部绝缘油的传播速度V

V＝(2*L)/(t2-t1)；

其中，t2为标定探头发出超声波信号时间，t1为标定探头接受超声波信号时间，L为标定探头连通杆(403)长度；

通过标定探头得出超声波在主变储油柜内部绝缘油的传播速度V，该数据暂时被DSP芯片保存。同理，液位探头开始按照预设程序不断周期性输出超声波数字信号，经DA转换电路，将该信号发送至液位探头，标定探头发出频率为f的超声波信号，该信号穿透主变储油柜1cm柜壁，进入储油柜本体内部，到达液面顶部开始返回，最终穿透主变储油柜1cm柜壁进入液位探头，该信号经过屏蔽电缆传递至数据处理器，AD转换电路对其进行转换送至DSP芯片，得出超声波经发射到反射时差t，最终利用标定探头所测主变储油柜内部绝缘油的传播速度V，确定主变储油柜液位高度h。

可用下式计算出主变储油柜液位高度h数值

h＝(V*t)/2

相同的，主变有载调压储油柜液位高度测量原理与所述主变储油柜液位高度h测量原理，计算方法一致。

本发明的一种电力变压器储油柜液位测量装置及测量方法，在使用时：

工作前，先检查所述液位探头和标定探头安装正确，储油柜无渗油现象，接通数据处理器工作电源，所有设备开始按照预设程序正常运行，检查液晶显示屏主变储油柜液位和主变有载调压储油柜液位数据显示正常，检查主控室主机主变储油柜液位和主变有载调压储油柜液位数据显示正常，无液位上下限报警信号出现。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电力变压器储油柜液位测量装置，其特征在于：包括安装在变压器储油柜底部的超声波探头和标定探头，标定探头包括超声波探头和竖直设置的连通杆(403)，连通杆(403)顶部安装有密封器气室，标定探头安装在储油柜内部与内部绝缘油相连通，超声波探头和标定探头通过传感器屏蔽电缆(10)与数据处理器(8)连接，数据处理器(8)与主控室主机相连，数据处理器(8)采用DSP芯片，并集成了信号输出接收电路、信号放大电路、滤波电路和AD/DA转换电路；

通过超声波探头和标定探头分别测量超声波在压器储油中的传播速度和传播时间，计算获得电力变压器储油柜的液位数据。

2.根据权利要求1所述的电力变压器储油柜液位测量装置，其特征在于：数据处理器(8)内部采用集成电源电路，包括探头用电源电路和数据处理器用电源电路。

3.根据权利要求1或2所述电力变压器储油柜液位测量装置，其特征在于：在主变有载调压储油柜安装有超声波探头和标定探头，该超声波探头和标定探头通过传感器屏蔽电缆(10)与数据处理器(8)连接。

4.根据权利要求3所述的电力变压器储油柜液位测量装置，其特征在于：所述数据处理器(8)表面安装有液晶显示面板。

5.一种基于权利要求1所述测量装置的电力变压器储油柜液位测量方法，其特征在于：通过数据处理器(8)的DSP芯片按照预设程序周期性的输出超声波数字信号，超声波数字信号经DA转换后发送至标定探头，标定探头发出超声波信号，该信号穿透标定探头连通杆(403)内部的主变绝缘油，到达标定探头顶部密封器气室(402)后返回到达标定探头，该返回信号经AD转换后被送至DSP芯片进行处理，通过DSP芯片计算出超声波在主变储油柜内部绝缘油的传播速度V，并保存在DSP芯片内；

同时液位探头按照预设程序周期性的输出超声波数字信号，超声波数字信号经DA转换电路发送至液位探头，液位探头发出超声波信号，该信号穿透主变储油柜柜壁，进入储油柜本体内部，到达主变储油液面顶部后返回，最终穿透主变储油柜柜壁进入液位探头，该返回信号经过屏蔽电缆传递至数据处理器经AD转换后送至DSP芯片，通过DSP芯片计算得出超声波经发射到返回的时差t；

利用标定探头测得的主变储油柜内部绝缘油的传播速度V和液位探头测得的超声波在主变储油柜内发射到返回的时差t，通过公式h＝(V*t)/2，计算出主变储油柜液位高度h。

6.根据权利要求5所述电力变压器储油柜液位测量方法，其特征在于：在DSP芯片中，利用公式V＝(2*L)/(t2-t1)计算出超声波在主变储油柜内部绝缘油的传播速度V；其中t2为标定探头发出超声波信号时间，t1为标定探头接受超声波信号时间，L为标定探头连通杆(403)长度。

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