CN107631791B - 一种监测油浸式变压器噪声的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种监测油浸式变压器噪声的传感器，包括：通过紧固架和套管紧固的压电陶瓷管，且在所述压电陶瓷管与所述紧固架及套管之间设有绝缘垫；通过耐高温耐变压器油材料封装压电陶瓷管、紧固架及套管；所述套管内部安装热敏电阻。本发明提供的声传感器可以在变压器油中保持稳定，能耐受油浸式变压器运行时的高温；以及能通过内置的热敏电阻测量声传感器工作温度，从而设置对应温度下的灵敏度，进而使得该声传感器能够正常的在油浸式变压器的油液中使用，测得的声压信号有助于分析油浸式变压器内部噪声产生与传播机理，同时还可达到实时监测油浸式变压器性能的目的。

Description

一种监测油浸式变压器噪声的传感器

技术领域

本发明涉及变压器在线监测技术领域，更具体地，涉及一种监测油浸式变压器噪声的传感器。

背景技术

油浸式变压器本体噪声主要来自于铁芯、绕组等结构的振动，因此，当油浸式变压器内部发生绕组变形或松动等故障时，其本体噪声会发生明显变化，因此基于变压器本体噪声的在线监测具有极大的应用潜力。

在变压器噪声检测方面，目前常见的方法是在变压器外部放置传声器，或者在油浸式变压器箱体表面安装振动传感器，通过测量的信号反推油浸式变压器内部的噪声和振动情况。这样的反推主要依赖数学模型，因此其精确度难以保证。作为改进，直接在变压器油中测量声信号会更加准确。

但是，常见的声传感器(例如，传声器和水听器)主要应用在空气和水中，大多无法直接应用于变压器油中。如常见的电容式传声器的极化薄膜，可被变压器油中含有的杂质(如硫化物)腐蚀；而水听器常用的橡胶封装材料(例如，氯丁橡胶)，在变压器油中会发生溶胀，导致传感器失效或性能发生变化。同时，油浸式变压器在运行时，油液的温度浮动达几十摄氏度，并且温度会影响声传感器的灵敏度，也给声传感器的设计带来了极大的考验。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种监测油浸式变压器噪声的传感器。

根据本发明提供的一种声传感器，包括：通过紧固架和套管紧固的压电陶瓷管，且在所述压电陶瓷管与所述紧固架及所述套管之间设有绝缘垫；通过耐高温耐变压器油材料封装所述压电陶瓷管、所述紧固架及所述套管；所述套管内部安装热敏电阻。

其中，所述声传感器还包括：在所述热敏电阻与所述套管内壁之间进行绝缘处理。

其中，所述声传感器还包括：套设在所述套管内的水密接头。

其中，所述压电陶瓷管和所述热敏电阻的信号线通过所述水密接头的通孔穿出。

其中，所述水密接头的密封面与所述套管的顶部之间设有密封垫。

其中，在所述紧固架的T型结构的凸起部分带有凹槽，以将所述凸起部分分为第一凸起和第二凸起，且在所述第一凸起和所述第二凸起的顶部均用螺丝与所述套管的底部连接。

其中，在所述第一凸起上设有第一开口，在所述套管底部设有与所述凹槽相通的第二开口，以使所述压电陶瓷管的信号线通过所述第一开口和所述第二开口穿出至水密接头的通孔。

其中，所述套管的外径与所述紧固架的T型结构的下部宽度一致。

其中，所述耐高温耐变压器油材料为耐高温聚氨酯。

其中，将所述声传感器置于油浸式变压器的油液中，以根据所述压电陶瓷管监测油液中的声压信号。

本发明提供的一种声传感器，通过紧固架和套管将压电陶瓷管紧固，且在压电陶瓷管与紧固架及套管之间设置绝缘垫，从而可以根据该压电陶瓷管测量油浸式变压器油液内的声压信号；通过用耐高温耐变压器油材料封装压电陶瓷管、紧固架、套管等，使得该声传感器可以耐受变压器油的腐蚀，以及承受油浸式变压器运行时的高温；通过在声传感器内部安装热敏电阻测量声传感器的工作温度，从而对声传感器设置对应温度下的灵敏度，并对声传感器进行超温预警，使得该声传感器能够正常的在油浸式变压器的油液中使用，最后根据测得的声压信号可以得出油浸式传感器是否存在绕组变形或松动等故障，达到实时监测油浸式变压器性能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的声传感器的结构简图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的声传感器的结构简图，如图1所示，该声传感器包括：紧固架1、压电陶瓷管2、套管3、耐高温耐变压器油材料4、热敏电阻9和绝缘垫10。通过紧固架1和套管3紧固压电陶瓷管2，且在压电陶瓷管2与紧固架1及套管3之间设有绝缘垫10；通过耐高温耐变压器油材料4封装压电陶瓷管2、紧固架1及套管3；套管3内部安装热敏电阻9。在所述热敏电阻9与所述套管3内壁之间进行绝缘处理。

其中，压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性。

其中，耐高温耐变压器油材料具有耐高温和耐油的特性，适合用于封装在变压器油液中使用的设备。

其中，热敏电阻是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻(NTC)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

本发明实施例的紧固架1和套管3用于安装压电陶瓷管2，例如，紧固架1和套管3可以是铁、铝、不锈钢等。并且采用对声压变化敏感对磁场不敏感的压电陶瓷管作为声传感元件，可有效测量油液中声压信号的变化，同时由于压电陶瓷管的居里点高、热稳定性好，使其可长期稳定运行。且在压电陶瓷管2与紧固架1之间、以及在压电陶瓷管2与套管3之间设置绝缘垫10，例如，绝缘垫10可以是绝缘橡胶垫，是为了让压电陶瓷管2与紧固架1及套管3之间不形成闭合回路，进而使声传感器能正常运行。

耐高温耐变压器油材料4封装紧固架1、压电陶瓷管2和套管3，使得该声传感器在变压器油中使用时，耐高温耐变压器油材料4能一直保证压电陶瓷管2与变压器油隔绝，使得经该耐高温耐变压器油材料封装的声传感器在油液中保持稳定的性能，例如，声传感器可以在80℃左右的温度下的变压器油中长期运行。

具体地，在利用声传感器测量油浸式变压器油液内的声压信号时，将声传感器置于油浸式变压器油液中，由于油浸式变压器的铁芯和绕组等结构的振动会产生噪声，进而会使油液产生一定的声压，压电陶瓷管会监测到该声压，并将该声压信号转变为电信号进行传输，工作人员可以根据该测得的电信号对油浸式变压器中的铁芯和绕组等结构进行监测。

在套管3内壁设置热敏电阻9，是为了用热敏电阻9实时监测该声传感器在使用状态时的温度，以防止声传感器被高温损坏，还可以用来确定在测试温度下声传感器的实际灵敏度。当将该声传感器置于油浸式变压器油液中时，声传感器在实时监测油液的声压信号的同时，热敏电阻9可以实时监测声传感器内部的温度，当测得的声传感器内部的温度高于预设报警温度时，会发出报警信号，例如，当测得的声传感器的内部温度为110℃时，发出报警信号，以便工作人员根据该报警信号调整声传感器的工作状态。并且还可以根据热敏电阻9测得的温度数据，为声传感器设置在该工作温度下的灵敏度。

在本发明实施例中，通过紧固架和套管紧固的压电陶瓷管，且在所述压电陶瓷管与所述紧固架、套管之间设置绝缘垫，从而可以根据该压电陶瓷管测量油浸式变压器油液内的声压信号；通过用耐高温耐变压器油材料封装压电陶瓷管、紧固架、套管等，使得该声传感器可以耐受变压器油的腐蚀，且使压电陶瓷管与变压器油隔绝，同时可以耐受油浸式变压器运行时的高温。以及通过在声传感器内部安装热敏电阻测量声传感器的工作温度，从而对声传感器设置对应温度下的灵敏度，并对声传感器进行超温预警，使得该声传感器能够正常的在油浸式变压器的油液中使用，达到实时监测油浸式变压器性能的目的，同时确定测试温度下的声传感器的实际灵敏度。

在上述各实施例的基础上，所述声传感器还包括：套设在所述套管5内的水密接头6。所述压电陶瓷管2和所述热敏电阻9的信号线通过所述水密接头6的通孔穿出。所述水密接头6的密封面与所述套管3的顶部之间设有密封垫5。

其中，水密接头起密封作用，将油液与声传感器的内部进行隔离。

具体地，在用该声传感器监测油浸式变压器油液内的声压信号时，通过在套管5内套设水密接头6，使得套管5内的热敏电阻9不被油液腐蚀和损坏，以及使得压电陶瓷管2、密封垫、耐高温耐变压器油材料4和紧固架1均不被油液所腐蚀和损坏。且在水密接头6的密封面与套管3的顶部之间设置密封垫，例如，密封橡胶垫，但并不局限于此，使得水密接头6与声传感器之间的密封效果更好，进一步提高了声传感器的使用性能。

并且采用水密接头6对声传感器进行封装，使得压电陶瓷管2和热敏电阻9的信号线可以从水密接头6的通孔穿出，穿出的压电陶瓷管2的信号线和热敏电阻9的信号线与电缆相接。从而将压电陶瓷管2测得的油浸式变压器油液中的声压信号转变为电信号后，传递至电缆来进行传输，以使工作人员能够较方面的观察油浸式变压器油液中的声压信号，进而达到实时对油浸式变压器的性能进行监测的目的。

在本发明实施例中，通过在套管内套设水密接头，使得声传感器内的部件均与油浸式变压器的油液分离开来，且可以较方便的让压电陶瓷管的信号线和热敏电阻的信号线从水密接头的通孔穿出，提高了声传感器的实用性。

在上述各实施例的基础上，在所述紧固架的T型结构的凸起部分带有凹槽，以将所述凸起部分分为第一凸起和第二凸起，且在所述第一凸起和所述第二凸起的顶部均用螺丝与所述套管的底部连接。

具体地，将紧固架1设置为T型结构，能够更方便通过紧固架1与套管3将压电陶瓷管2紧固，且在T型结构的凸起部分设置凹槽，使得该凹槽将凸起部分分为第一凸起和第二凸起，进而在该第一凸起和该第二凸起处通过螺丝与套管3的底部相连，这样可以加强紧固架1与套管3之间的连接关系，让紧固架1与套管3之间的连接更牢固。

在上述各实施例的基础上，在所述第一凸起上设有第一开口，在所述套管底部设有与所述凹槽相通的第二开口，以使所述压电陶瓷管的信号线通过所述第一开口和所述第二开口穿出。

具体地，将声传感器置于油浸式变压器的油液中，由于油浸式变压器的铁芯和绕组等结构的振动会产生噪声，进而会使油液产生一定的声压，压电陶瓷管2会监测到该声压。并将该声压信号转变为电信号，然后通过压电陶瓷管2的信号线对该电信号进行传输。

压电陶瓷管2的信号线通过紧固架1上的第一开口和套管3上的第二开口穿出至水密接头3的通孔，进而通过水密接头3的通孔穿出后与电缆相连，从而将该电信号传输至工作人员可以获取的地方，使得工作人员可以根据测得的电信号对油浸式变压器中的铁芯和绕组等结构进行监测。

在上述各实施例的基础上，所述套管3的外径与所述紧固架1的T型结构的下部宽度一致。所述耐高温耐变压器油材料为耐高温聚氨酯，但并不局限于此。

具体地，将套管3的外径设置得与紧固架1的T型结构的下部宽度一致，可以让紧固架1和套管3在节约材料的情况下，将压电陶瓷管2更好的夹紧在紧固架1与套管3之间。耐高温耐变压器油材料为耐高温聚氨酯。利用耐高温聚氨酯的耐高温、耐油腐蚀和溶解性能及良好的透声性能，以及耐高温聚氨酯与压电陶瓷管良好的粘合性等优点，使得采用耐高温聚氨酯封装的声传感器具有良好的性能，且能在油浸式变压器的油液中正常使用。

在上述各实施例的基础上，将所述声传感器置于油浸式变压器的油液中，以根据所述压电陶瓷管监测油液中的声压信号。

具体地，在利用声传感器测量油浸式变压器油液内的声压信号时，将声传感器置于油浸式变压器的油液中，由于油浸式变压器的铁芯和绕组等结构的振动会产生噪声，进而会使油液产生一定的声压，压电陶瓷管会监测到该声压，并将该声压信号转变为电信号进行传输，工作人员可以根据该测得的电信号对油浸式变压器中的铁芯和绕组等结构进行监测。

在本发明实施例中，通过利用声传感器测量油浸式变压器油液内的声压信号，并根据测得的声压信号可以得出油浸式传感器的噪声，达到实时监测油浸式变压器性能的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种声传感器，其特征在于，包括：

通过紧固架和套管紧固的压电陶瓷管，所述紧固架设置为倒置的T型结构，所述套管为U形套管，且设置于所述紧固架的上方；所述套管的外径与所述紧固架的T型结构的下部宽度一致，以将所述压电陶瓷管夹紧在所述紧固架和所述套管之间，且在所述压电陶瓷管与所述紧固架及所述套管之间设有绝缘垫；在所述紧固架的T型结构的凸起部分带有凹槽，以将所述凸起部分分为第一凸起和第二凸起，且在所述第一凸起和所述第二凸起的顶部均用螺丝与所述套管的底部连接；

通过耐高温耐变压器油材料封装所述压电陶瓷管、所述紧固架及所述套管；所述套管内部安装热敏电阻；将所述声传感器置于油浸式变压器的油液中，以根据所述压电陶瓷管监测油液中的声压信号，并根据所述热敏电阻测得的温度，将所述声传感器设置在对应所述温度下的灵敏度；所述耐高温耐变压器油材料为耐高温聚氨酯。

2.根据权利要求1所述的声传感器，其特征在于，还包括：在所述热敏电阻与所述套管内壁之间进行绝缘处理。

3.根据权利要求1所述的声传感器，其特征在于，还包括：套设在所述套管内的水密接头。

4.根据权利要求3所述的声传感器，其特征在于，所述压电陶瓷管和所述热敏电阻的信号线通过所述水密接头的通孔穿出。

5.根据权利要求3所述的声传感器，其特征在于，所述水密接头的密封面与所述套管的顶部之间设有密封垫。

6.根据权利要求1所述的声传感器，其特征在于，在所述第一凸起上设有第一开口，在所述套管底部设有与所述凹槽相通的第二开口，以使所述压电陶瓷管的信号线通过所述第一开口和所述第二开口穿出至水密接头的通孔。