CN108872714A - 穿墙套管组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种穿墙套管组件，涉及电力设备技术领域，所述穿墙套管组件包括支撑板、至少一个套管、以及至少一个传感器，所述套管穿设于所述支撑板并与所述支撑板固定连接；所述传感器设于所述支撑板内并与所述支撑板固定连接，所述传感器包括两个并排设置的复合结构；每一个所述复合结构包括：第一永磁体、第一压电材料层以及磁致伸缩材料层，所述第一永磁体、所述第一压电材料层以及所述磁致伸缩材料层层叠设置，且所述第一压电材料层位于第一永磁体和所述磁致伸缩材料层之间；两个所述复合结构中所述第一永磁体相同的磁极朝向相反。采用上述技术方案有助于实现涡流损耗检测。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及穿墙套管组件。
背景技术
变电站作为我们日常生活中变电的主要设备，在工业领域中应用广泛。其中，变电站的损耗及效率问题，特别是穿墙套管的涡流损耗问题，一直是业界关注的热点。由于穿墙套管的支撑板为导磁材料，变电站的交变电流在穿墙套管内的导体流过时产生的交变磁场，会在支撑板引起涡流损耗，从而导致支撑板发热，存在安全隐患，因此，需要对穿墙套管涡流损耗进行检测，以监测穿墙套管的温升。然而，目前业界仍缺少能够检测穿墙套管涡流损耗的方案。
发明内容
基于此，有必要提供一种穿墙套管组件，有助于实现涡流损耗检测。
根据本发明实施例，提供一种穿墙套管组件，所述穿墙套管组件包括：
支撑板、至少一个套管、以及至少一个传感器，所述套管穿设于所述支撑板并与所述支撑板固定连接；所述传感器设于所述支撑板内并与所述支撑板固定连接，所述传感器包括两个并排设置的复合结构；
每一个所述复合结构包括：
第一永磁体、第一压电材料层以及磁致伸缩材料层，所述第一永磁体、所述第一压电材料层以及所述磁致伸缩材料层层叠设置，且所述第一压电材料层位于第一永磁体和所述磁致伸缩材料层之间；
两个所述复合结构中所述第一永磁体相同的磁极朝向相反。
在一种可选的实施方式中，所述两个复合结构中所述第一永磁体、所述第一压电材料层以及所述磁致伸缩材料的层叠设置顺序相反。
在一种可选的实施方式中，每一个所述复合结构还包括：
第二压电材料层和第二永磁体；所述第一永磁体、所述第一压电材料层、所述磁致伸缩材料层、所述第二压电材料层以及所述第二永磁体层叠设置，且所述第二压电材料层位于所述磁致伸缩材料层和所述第二永磁体之间；
所述第二永磁体远离所述第二压电材料层的磁极，与同一所述复合结构的所述第一永磁体靠近所述第一压电材料层的磁极相同。
在一种可选的实施方式中，所述两个复合结构相互连接。
在一种可选的实施方式中，所述支撑板设有对应于所述套管的通孔；所述套管穿过对应的所述通孔并与所述支撑板固定连接；所述支撑板设有位于所述通孔周围的至少一个凹槽；所述凹槽对应至少一个所述传感器设置；所述传感器设于对应的所述凹槽内并与所述凹槽固定连接。
在一种可选的实施方式中，所述通孔为圆形孔；所述凹槽包括两个平行设置的槽壁；所述槽壁自所述通孔边缘沿所述通孔的径向方向向外延伸。
在一种可选的实施方式中，所述两个槽壁之间的距离为5～10mm。
在一种可选的实施方式中，所述复合结构设于所述两个槽壁之间并沿层叠设置方向与对应的所述凹槽过盈配合。
在一种可选的实施方式中，所述通孔对应多个所述凹槽设置；所述多个凹槽均匀分布于对应的所述通孔周围。
在一种可选的实施方式中，所述穿墙套管组件还包括贯穿于所述套管的至少一个导体。
相比于现有技术，本发明具有如下突出的有益效果：
本发明提供的穿墙套管组件，在磁场对第一永磁体的吸引或排斥作用下，第一永磁体沿充磁方向挤压第一压电材料层，第一压电材料层在挤压力作用下产生电势；磁致伸缩材料层在磁场下产生伸缩量，使得磁致伸缩材料层挤压第一压电材料层，第一压电材料层在挤压力作用下产生电势，因此，可通过传感器的一个复合结构的第一压电材料层产生的总电势，确定磁致伸缩材料层对第一压电材料层的挤压力，从而确定交变磁场中的一磁场方向的磁场力，利于实现磁场检测；同理，通过另一复合结构可确定交变磁场中的另一磁场方向的磁场力，从而实现交变磁场的检测，进而实现对涡流损耗的检测。此外，由于永磁体允许与其磁化方向相同的磁力线通过，而对与磁化方向相反方向的磁力线具有抑制作用，因此，通过两个所述复合结构中所述第一永磁体相同的磁极朝向相反，不仅可实现对交变磁场的检测，而且还削弱了半个周期的交变磁场强度，减少了穿墙套管组件的涡流损耗。
附图说明
图1是本发明一实施方式中的穿墙套管组件的主视图；
图2是图1中的穿墙套管组件的局部剖视图；
图3是图2中的传感器的结构示意图；
图4是本发明又一实施方式中的传感器的结构示意图；
图5是本发明又一实施方式中的传感器的结构示意图；
图6是图2所示的穿墙套管组件中的复合结构与凹槽过盈配合的示意图；
图7是本发明又一实施方式中的穿墙套管组件的局部剖视图；
图8是本发明又一实施方式中的穿墙套管组件的局部剖视图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1及图2，本实施例提供的穿墙套管组件100，其包括支撑板2，至少一个套管1、至少一个传感器501、法兰8、以及贯穿于套管1的导体6。
支撑板2设有对应于套管1的通孔7，以及位于通孔7周围的至少一个凹槽4。套管1穿过对应的通孔7并与支撑板2固定连接。通孔7为圆形孔。在其他实施方式中，通孔7可以是其他形状的通孔。套管1可以是圆形套管、方向套管或其他形状的套管。在本实施方式中，套管1为圆形套管。
法兰8与支撑板2接触；套管1还穿过法兰8与法兰8固定连接。
导体6的形状可以是棒形、圆柱形或棱柱体等形状。导体的数量可以是一个，也可以是多个，在本实施方式中，导体6的数量为3个，导体的形状为长方体。
凹槽4可以对应一个传感器501设置，也可以对应多个传感器501设置，可满足不同电压等级产品的需求。传感器501设于对应的凹槽4内并与凹槽4固定连接。在本实施方式中，与凹槽4对应的传感器501的数量为多个。
在其他实施方式中，支撑板的凹槽4可替换为第二通孔，则传感器501设于对应的所述第二通孔内与所述第二通孔固定连接。
进一步，传感器501采用环氧胶与对应的凹槽4固定连接。
传感器501包括并排设置的复合结构5011和复合结构5012。
结合图3所示，复合结构5011包括：第一永磁体41、第一压电材料层42以及磁致伸缩材料层43。第一永磁体41、第一压电材料层42以及磁致伸缩材料层43层叠设置。第一压电材料层42位于第一永磁体41和磁致伸缩材料层43之间。
复合结构5012包括：第一永磁体44、第一压电材料层45以及磁致伸缩材料层46，第一永磁体44、第一压电材料层45以及磁致伸缩材料层46层叠设置。第一压电材料层45位于第一永磁体44和磁致伸缩材料层46之间。
第一永磁体41包括磁极411和磁极412；磁极411为N极，磁极412为S极。第一永磁体44包括磁极441和磁极442。第一永磁体41和第一磁体44相同的磁极朝向相反。磁极442为S极、磁极441为N极。
变电站工作时，交流电流过导体6，在支撑板2上产生交变磁场，在磁场对第一永磁体的吸引或排斥作用下，第一永磁体沿充磁方向挤压第一压电材料层，第一压电材料层在挤压力作用下产生电势；磁致伸缩材料层在磁场下产生伸缩量，使得磁致伸缩材料层挤压第一压电材料层，第一压电材料层在挤压力作用下产生电势，因此，可通过复合结构5011的第一压电材料层产生的总电势，则通过复合结构5011的第一压电材料层42的总电势，可对电势进行逆向解耦计算，从而确定磁致伸缩材料层43对第一压电材料层42的挤压力，进而确定交变磁场中的一磁场方向的磁场力，利于实现磁场检测；同理，通过复合结构5012可确定交变磁场中的另一磁场方向的磁场力，实现交变磁场的检测，进而实现穿墙套管组件的涡流损耗检测。
此外，由于永磁体允许与其磁化方向相同的磁力线通过，而对与磁化方向相反方向的磁力线具有抑制作用，因此，第一永磁体41与第一磁体44相同的磁极朝向相反，可削弱半个周期的交变磁场强度，减少穿墙套管组件的涡流损耗，进而抑制穿墙套管组件的温升。
进一步，通过实验标定和校验等方法，确定获取到的电势对应的磁场强度，并通过有限元仿真进行标定和校验，确定磁场对应的涡流损耗，从而得到涡流损耗数据，实现对涡流损耗的监测。
进一步，第一永磁体41的材料为高性能铝铁硼永磁材料；和/或，第一永磁体44的材料为高性能铝铁硼永磁材料。
进一步，第一压电材料层42的材料为压电陶瓷材料；和/或，第一压电材料层45的材料为压电陶瓷材料。优选的，第一压电材料层42为PMN-PT(铌镁酸铅)单晶元件；和/或，第一压电材料层45为PMN-PT(铌镁酸铅)单晶元件。
进一步，第一磁致伸缩材料层43的材料为Tb0.3Dy0.7Fe2合金；和/或，第一磁致伸缩材料层46的材料为Tb0.3Dy0.7Fe2合金。
进一步，第一永磁体41与第一压电材料层42粘接，第一压电材料层42与磁致伸缩材料层43粘接；和/或，第一永磁体44与第一压电材料层45粘接，第一压电材料层45与磁致伸缩材料层46粘接。
进一步的，第一槽壁401和第二槽壁402之间的距离为5～10mm(毫米)。进一步的，磁致伸缩材料层43、第一压电材料层42与第一永磁体41的厚度比为1.5:0.5:3；和/或，磁致伸缩材料层46、第一压电材料层45与第一永磁体44的厚度比为1.5:0.5:3。在本实施方式中，第一槽壁401和第二槽壁402之间的距离为5mm，适于将穿墙套管组件100应用于10kV变电站。优选的，每一磁致伸缩材料层的厚度为1.5mm，每一第一压电材料层的厚度为0.5mm，每一第一永磁体的厚度为3mm，每一磁致伸缩材料层、每一第一压电材料层和每一第一永磁体的长、宽皆为20mm。
在本实施方式中，复合结构5011和复合结构5012相互连接，可减少漏磁对磁场检测的影响，又利于将所述两个复合结构视为对同一位置进行磁场检测，减少磁场检测的复杂程度。优选地，复合结构5011和复合结构5012相互粘接。在其他实施方式中，复合结构5011和复合结构5012可间隔设置。
在本实施方式中，复合结构5011与复合结构5012中第一永磁体、所述第一压电材料层以及所述磁致伸缩材料的层叠设置顺序相反。其中，第一永磁体41、第一压电材料层42和磁致伸缩材料层43的层叠设置顺序为：第一永磁体41、第一压电材料层42和磁致伸缩材料层43，第一永磁体44、第一压电材料层45和磁致伸缩材料层46的层叠设置顺序为：磁致伸缩材料层46、第一压电材料层45和第一永磁体44。可选的，复合结构5011和复合结构5012可互调位置。
在其他实施方式中，结合图4所示，复合结构5011包括：第一永磁体51、第一压电材料层52以及磁致伸缩材料层53。复合结构5012包括：第一永磁体56、第一压电材料层55以及磁致伸缩材料层56。复合结构5011中第一永磁体51、第一压电材料层52以及磁致伸缩材料层53，与复合结构5012中第一永磁体56、第一压电材料层55以及磁致伸缩材料层56的层叠设置顺序相同。第一永磁体51包括磁极511和磁极512，第一永磁体56包括磁极561和磁极562。第一永磁体51和第一磁体56相同的磁极朝向相反。其中，磁极511为N极，磁极512为S极，磁极562为S极、磁极561为N极。
复合结构5011与复合结构5012的层叠设置顺序相同，第一永磁体41和第二永磁体44靠近第一压电材料层的磁极之间的漏磁较大；而复合结构5011与复合结构5012的层叠设置顺序相反，可减少漏磁，增加第一压电材料层52和第一压电材料层55感应到的电势，利于涡流损耗的检测。
在其他实施方式中，结合图5所示，复合结构5011包括第一永磁体61、第一压电材料层62、磁致伸缩材料层63、第二压电材料层64和第二永磁体65。第一永磁体61、第一压电材料层62、磁致伸缩材料层63、第二压电材料层64以及第二永磁体65层叠设置。第一压电材料层62位于第一永磁体61和磁致伸缩材料层63之间。第二压电材料层64位于磁致伸缩材料层63和第二永磁体65之间。第一永磁体66的磁极分别磁极611和磁极612，第二永磁体的磁极分别为磁极651和磁极652。复合结构5011与复合结构5012的层叠设置顺序相反。复合结构5012包括第一永磁体66、第一压电材料层67、磁致伸缩材料层68、第二压电材料层69和第二永磁体70。第一永磁体66的磁极分别为磁极661和磁极662。第二永磁体70的磁极分别为磁极701和磁极702。第二永磁体65远离第二压电材料层64的磁极652，与第一永磁体61靠近第一压电材料层62的磁极612相同。第二永磁体70远离第二压电材料层69的磁极702，与第一永磁体66靠近第一压电材料层67的磁极662相同。若第一永磁体61的磁极612为S极，第一永磁体66的磁极662为S极，则第二永磁体65的磁极652为S极，第二永磁体70的磁极702为S极。
在磁场的作用下，磁致伸缩材料层63和第二永磁体65对第二压电材料层64产生作用力。通过确定复合结构5011的第二压电材料层64的电势，可确定磁致伸缩材料层63和第二永磁体65对第二压电材料层64的挤压力，从而确定交变磁场中的一磁场方向的磁场力，实现对磁场的检测，结合第一压电材料层62的电势，可提高对电势的感知灵敏度，从而提高磁场的检测灵敏度，提高涡流损耗检测的准确性；同理，通过复合结构5012可确定交变磁场中的另一磁场方向的磁场力，提高交变磁场检测的准确性，进而提高涡流损耗检测的准确性。
进一步，第二压电材料层64的材料与第一压电材料层62的材料相同；和/或，第二压电材料层69的材料与第一压电材料层67的材料相同。
进一步，第二永磁体65与第一永磁体61的材料相同；和/或，第二永磁体70与第一永磁体66的材料相同。
进一步，第一永磁体61、第二永磁体65、第一压电材料层62、第二压电材料层64和磁致伸缩材料层63的厚度比为3:3:1:1:2。和/或，第一永磁体66、第二永磁体70、第一压电材料层67、第二压电材料层69和磁致伸缩材料层68的厚度比为3:3:1:1:2。在本实施方式中，第一槽壁401和第二槽壁402之间的距离为10mm，适于将穿墙套管组件100应用于100kV或220kV等100kV以上的变电站。第一永磁体61和第二永磁体65的厚度皆为3mm，第一压电材料层62和第二压电材料层64的厚度皆为1mm，磁致伸缩材料层63的厚度为2mm。第一永磁体66、第二永磁体70、第一压电材料层67、第二压电材料层69和磁致伸缩材料层68的厚度比与之相同，此处不再赘述。
进一步，第二压电材料层64与磁致伸缩材料层63粘接；和/或，第二压电材料层69与第二永磁体70粘接。
结合图6所示，凹槽4包括平行设置的第一槽壁401和第二槽壁402。第一槽壁401和第二槽壁402分别自通孔7边缘沿通孔7的径向方向向外延伸。复合结构5011和复合结构5012设置于第一槽壁401和第二槽壁402之间，并沿层叠设置方向与对应的凹槽4过盈配合。过盈可以大于零，也可以等于零。在本实施方式中，过盈等于零，复合结构5011的厚度h等于第一槽壁401和第二槽壁402之间的距离。复合结构与凹槽过盈配合，可提高磁场检测的灵敏度，且便于复合结构的安装。
在本实施方式中，所述多个传感器501分别设置于凹槽4的两个端部和中部。通过在凹槽4内均匀地设置传感器501，实现对不同位置的磁场进行检测，利于提高涡流损耗检测的准确性。在其他实施方式中，所述多个传感器501在凹槽4中的位置可根据实际需求进行设置，例如，所述多个传感器501可紧密排列于凹槽4内。
在本实施方式中，通孔7对应1个凹槽4设置。在其他实施方式中，通孔7对应多个凹槽4设置，可满足不同电压等级产品的需求。结合图7所示，通孔7对应凹槽4a、凹槽4b、凹槽4c和凹槽4d设置。凹槽4a～4d均匀分布于通孔7周围。相邻的凹槽互相垂直，可提高涡流检测的准确性。进一步，复合结构503、复合结构504、复合结构505和复合结构506位于凹槽4a～4d中与通孔7距离相同的位置。复合结构503～506中磁极503N、磁极504N、磁极505N和磁极506N为相同的磁极，因此，复合结构503～506的充磁方向接近于同为逆时针方向或同为顺时针方向。
在本实施方式中，通孔7的数量为1。在其他实施方式中，通孔7的数量为至少两个；结合图8所示，通孔7a、通孔7b和通孔7c均匀分布于支撑板2的同一水平线上。套管1a、套管1b和套管1c穿过对应的通孔与支撑板2固定连接。所述至少一个凹槽4包括支撑板2于通孔7a与通孔7b之间的表面内凹形成的凹槽4ab，以及于通孔7b与通孔7c之间的表面内凹形成的凹槽4bc。
进一步，支撑板2设于套管1的中部.
进一步，套管1的中部设有凹槽10，利于减少交变电流在套管1管壁产生的涡流损耗。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种穿墙套管组件，其特征在于，包括：
支撑板、至少一个套管、以及至少一个传感器，所述套管穿设于所述支撑板并与所述支撑板固定连接；所述传感器设于所述支撑板内并与所述支撑板固定连接，所述传感器包括两个并排设置的复合结构；
每一个所述复合结构包括：
第一永磁体、第一压电材料层以及磁致伸缩材料层，所述第一永磁体、所述第一压电材料层以及所述磁致伸缩材料层层叠设置，且所述第一压电材料层位于第一永磁体和所述磁致伸缩材料层之间；
两个所述复合结构中所述第一永磁体相同的磁极朝向相反。
2.根据权利要求1所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述两个复合结构中所述第一永磁体、所述第一压电材料层以及所述磁致伸缩材料的层叠顺序相反。
3.根据权利要求2所述的穿墙套管组件，其特征在于，每一个所述复合结构还包括：
第二压电材料层和第二永磁体；所述第一永磁体、所述第一压电材料层、所述磁致伸缩材料层、所述第二压电材料层以及所述第二永磁体层叠设置，且所述第二压电材料层位于所述磁致伸缩材料层和所述第二永磁体之间；
所述第二永磁体远离所述第二压电材料层的磁极，与同一所述复合结构的所述第一永磁体靠近所述第一压电材料层的磁极相同。
4.根据权利要求1-3任一项所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述两个复合结构相互连接。
5.根据权利要求1-3任一项所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述支撑板设有对应于所述套管的通孔；所述套管穿过对应的所述通孔并与所述支撑板固定连接；所述支撑板设有位于所述通孔周围的至少一个凹槽；所述凹槽对应至少一个所述传感器设置；所述传感器设于对应的所述凹槽内并与所述凹槽固定连接。
6.根据权利要求5所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述通孔为圆形孔；所述凹槽包括两个平行设置的槽壁；所述槽壁自所述通孔边缘沿所述通孔的径向方向向外延伸。
7.根据权利要求6所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述两个槽壁之间的距离为5～10mm。
8.根据权利要求6所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述复合结构设于所述两个槽壁之间并沿层叠设置方向与对应的所述凹槽过盈配合。
9.根据权利要求5所述的穿墙套管组件，其特征在于，所述通孔对应多个所述凹槽设置；所述多个凹槽均匀分布于对应的所述通孔周围。
10.根据权利要求1-3任一项所述的穿墙套管组件，其特征在于，还包括贯穿于所述套管的至少一个导体。
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