CN109932723A - 变压器内部结构探测装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压器内部故障位置探测技术领域，是一种变压器内部结构探测装置及使用方法，前者包括便携式手持机和超声波收发一体探头，便携式手持机包括壳体、电源、超声发射器、AD采集模块、控制模块、存储器以及固定在壳体外表面上的人机交互界面，控制模块的第一输出端与超声发射器的输入端连接，超声发射器的输出端分别与超声波收发一体探头输入端和AD采集模块第一输入端连接等。本发明将超声波收发一体探头吸附到变压器外壳上，探头与便携式手持机用同轴电缆连接，通过超声波收发一体探头开始探测该点的内部发射结构位置，并显示到人机交互界面上，实现对变压器内部的线圈绕组位置、电块位置和线束位置等位置偏移的距离等相关的测量检测。

Description

变压器内部结构探测装置及使用方法

技术领域

本发明涉及变压器内部故障位置探测技术领域，是一种变压器内部结构探测装置及使用方法。

背景技术

目前,变压器是高压电力设备中最重要的设备之一，是电力运行的核心设备，变压器在运行过程中由于震动或其他外界环境的影响，可能会造成紧固件松动甚至脱落、不可避免要遭受各种故障短路电流的冲击。

更进一步的，当短路故障发生在变压器出口或附近时，变压器内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等变形现象，甚至导致突发性损坏事故，严重威胁变压器及电网的安全运行。若出现上述情况，仅仅通过检修工作人员在实际应用中的技术经验，针对变压器内部故障分析判断的难度较高，很难准确判断变压器的故障严重程度和故障位置。

发明内容

本发明提供了一种变压器内部结构探测装置及使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的变压器故障检修时，因没有针对变压器内部结构的探测设备辅助判断故障位置，使维修工作存在费时费力、施工效率较低、存在安全隐患的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种变压器内部结构探测装置，包括便携式手持机和超声波收发一体探头，所述便携式手持机包括壳体，安装在壳体内的电源、超声发射器、AD采集模块、控制模块、存储器以及固定在壳体外表面上的人机交互界面，控制模块的第一输出端与超声发射器的输入端连接，所述超声发射器的输出端分别与超声波收发一体探头输入端和AD采集模块第一输入端连接，超声波收发一体探头的输出端和AD采集模块的第二输入端连接，AD采集模块的输出端、电源的输出端均与控制模块对应的输入端连接，控制模块与人机交互界面、存储器双向连接。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述超声发射器内置有超声驱动模块，所述超声驱动模块包括高速开关器和模拟放大电路，控制模块的输出端与高速开关器连接，高速开关器通过模拟放大电路与超声波收发一体探头连接。

上述控制模块包括由多个上拉电阻构成的上拉电阻组、晶振电路和单片机，在电源与单片机的各接口之间均连接上拉电阻，晶振电路与单片机连接，所述单片机接收AD采集模块发送的数据、向超声驱动模块和人机交互界面发送控制命令，以及接收人机交互界录入的数据信息。

上述AD采集模块包括A/D转换单元、用于数据缓冲的高频转换单元和数据缓存器，A/D转换单元的输入端分别与模拟放大电路和超声波收发一体探头，A/D转换单元、高频转换单元和数据缓存器依序连接，数据缓存器的输出端与控制模块的对应输入端连接。

上述壳体的上端部固定有与超声发射器连接的BNC接头，超声波收发一体探头的尾部连接有BNC接头，超声波收发一体探头与便携式手持机之间通过BNC接头连接。

上述所述人机交互界面包括显示屏和按键键盘，显示屏固定在壳体的前面上部，按键键盘包括选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮测试/回读键和开始/停止键，所述选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮、测试/回读键和开始/停止键由上至下依序排列固定在壳体的前面下部。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种变压器内部结构探测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：将超声波收发一体探头与变压器外壳之间涂抹耦合剂，使超声波收发一体探头连接到变压器外壳上；

S2：按下便携式手持机的开始测试按钮，控制模块发出控制信号，控制启动超声发射器，产生发射脉冲，同时控制模块开始计时；

S3：超声发射器产生脉冲的同时，启动AD采集模块，开始采集超声波收发一体探头发送的反射信号；

S4：控制模块接收到AD采集模块处理后的反射信号，停止计时；根据超声发射和接收的时间差，计算出变压器内部的反射物到外壳的距离，公式如下：

D＝(△t×C)/2

其中，D为反射物到外壳的距离，单位：m，△t为发射到接收到信号的时间差，单位：S，C为超声在变压器油中的传播速度，单位：m/s；

S5：便携式手持机的显示屏启动，反射物的距离显示到显示屏上，并保存到存储器中；

S6:通过按下数据测试/回读键，调取历史数据，观察对比获得的实时反射物是否有位置变化，以指导维修工作。

本发明使用时需要在变压器外壳上涂抹耦合剂，然后将超声波收发一体探头吸附到变压器外壳上，探头与便携式手持机用同轴电缆连接，打开便携式手持机，通过人机交互界面手动对变压器的名称、位置编号进行记录，最后，通过超声波收发一体探头开始探测该点的内部发射结构位置，并显示到人机交互界面上，实现对变压器内部的线圈绕组位置、电块位置和线束位置等位置偏移的距离等相关的测量检测。

附图说明

附图1为本发明实施例1的使用状态示意图。

附图2为本发明实施例1的便携式手持机的主视结构示意图。

附图3为本发明实施例1的电路控制框图。

附图4为本发明实施例1的超声驱动模块的电路图。

附图5为本发明实施例1的控制模块的电路图。

附图6为本发明实施例1的AD采集模块的电路图。

附图7为本发明实施例2的方法流程图。

附图中的编码分别为：1为超声波收发一体探头，2为壳体，3为变压器油箱壁，4为BNC接头，5为显示屏，6为选择/目录键，7为上键按钮，8为下键按钮，9为左键按钮，10为右键按钮，11为测试/回读键，12为开始/停止键，13为线圈绕组，14为同轴电缆，U1为高速开关器，U2为单片机，U5为A/D转换单元，U6为数据缓存器，U31和U41均为高频转换单元。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2、3所示，该变压器内部结构探测装置，包括便携式手持机和超声波收发一体探头1，所述便携式手持机包括壳体2，安装在壳体2内的电源、超声发射器、AD采集模块、控制模块、存储器以及固定在壳体2外表面上的人机交互界面，控制模块的第一输出端与超声发射器的输入端连接，所述超声发射器的输出端分别与超声波收发一体探头1输入端和AD采集模块第一输入端连接，超声波收发一体探头1的输出端和AD采集模块的第二输入端连接，AD采集模块的输出端、电源的输出端均与控制模块对应的输入端连接，控制模块与人机交互界面、存储器双向连接。

本发明使用时，可将超声波收发一体探头1采用磁吸附方式安装于变压器油箱壁3上。超声波收发一体探头1安装于变压器油箱壁3正对线圈绕组13的位置，向变压器内部发射并回收高频超声波信号，对变压器内部的线圈绕组13位置、电块位置和线束位置等位置偏移的距离等相关的测量检测。

可根据实际需要，对上述变压器内部结构探测装置作进一步优化或/和改进：

如附图3、4所示，超声发射器内置有超声驱动模块，所述超声驱动模块包括高速开关器和模拟放大电路，控制模块的输出端与高速开关器U1连接，高速开关器U1通过模拟放大电路与超声波收发一体探头1连接。

在附图4中，高速开关器U1的输入接口CH1+和CH1-分别连接至控制模块的第一输出端，模拟放大电路的输出接口P_OUT1连接至超声波收发一体探头1，高速开关器U1用于接通超声驱动模块，模拟放大电路用于实现高压放大和电流放大。

如附图3、5所示，控制模块包括由多个上拉电阻构成的上拉电阻组、晶振电路和单片机U2，在电源与单片机U2的各接口之间均连接上拉电阻，晶振电路与单片机U2连接，所述单片机U2接收AD采集模块发送的数据、向超声驱动模块和人机交互界面发送控制命令，以及接收人机交互界录入的数据信息。

在附图5中，U2为单片机，RL11至RL18构成上拉电阻组，RXD和TXD分别连接至人机交互界面。单片机U2的P00至P27接口分别连接至AD采集模块，X1、X2和RESET接口分别连接至晶振电路，T0和T1分别连接至超声驱动模块。

本发明的单片机为现有公知技术，可为常用的89C51等型号的单片机。模拟放大电路可以是由二极管、电容和电阻构成，用于实现高压信号和电流信号的放大。晶振电路可由电容、电阻和晶振构成，晶振电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，确保单片机的指令正常执行，该晶振电路的提供的时钟频率越高，单片机的运行速度越快。

如附图3、6所示，AD采集模块包括A/D转换单元U5、用于数据缓冲的高频转换单元和数据缓存器，A/D转换单元U5的输入端分别与模拟放大电路和超声波收发一体探头1，A/D转换单元U5、高频转换单元和数据缓存器U6依序连接，数据缓存器U6的输出端与控制模块的对应输入端连接。

在附图6中，U5为A/D转换单元，U6为数据缓存器，U31和U41均为高频转换单元，A/D转换单元U5的序号为31、32接口分别连接至超声波收发一体探头，数据缓存器U6的序号为20至53接口分别连接至单片机U2的对应输入端连接。

如附图1、2所示，壳体2的上端部固定有与超声发射器连接的BNC接头4，超声波收发一体探头1的尾部连接有BNC接头4，超声波收发一体探头1与便携式手持机之间通过BNC接头4连接。

本发明根据需求，超声波收发一体探头1尾端的BNC接头4和壳体2的上端部固定的BNC接头4之间可使用同轴电缆14相连接。

如附图1、2所示，所述人机交互界面包括显示屏5和按键键盘，显示屏5固定在壳体2的前面上部，按键键盘包括选择/目录键6、上键按钮7、下键按钮8、左键按钮9、右键按钮10、测试/回读键11和开始/停止键12，按键键盘包括选择/目录键6、上键按钮7、下键按钮8、左键按钮9、右键按钮10、测试/回读键11和开始/停止键12由上至下依序排列固定在壳体2的前面下部。

实施例2：如图1、2、7所示，一种上述变压器内部结构探测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：将超声波收发一体探头1与变压器外壳之间涂抹耦合剂，使超声波收发一体探头1连接到变压器外壳上；

S2：按下便携式手持机的开始测试/回读键11，控制模块发出控制信号，控制启动超声发射器，产生发射脉冲，同时控制模块开始计时；

S3：超声发射器产生脉冲的同时，启动AD采集模块，开始采集超声波收发一体探头1发送的反射信号；

S4：控制模块接收到AD采集模块处理后的反射信号，停止计时；根据超声发射和接收的时间差，计算出变压器内部的反射物到外壳的距离，公式如下：

D＝(△t×C)/2

其中，D为反射物到外壳的距离，单位：m，△t为发射到接收到信号的时间差，单位：S，C为超声在变压器油中的传播速度，单位：m/s；

S5：便携式手持机的显示屏启动，反射物的距离显示到显示屏上，并保存到存储器中；

S6：通过按下数据测试/回读键11，调取历史数据，观察对比获得的实时反射物是否有位置变化，以指导维修工作。

上述S4中的超声在变压器油中的传播速度为定值：取值为1500m/s。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (8)

1.一种变压器内部结构探测装置，其特征在于包括便携式手持机和超声波收发一体探头，所述便携式手持机包括壳体，安装在壳体内的电源、超声发射器、AD采集模块、控制模块、存储器以及固定在壳体外表面上的人机交互界面，控制模块的第一输出端与超声发射器的输入端连接，所述超声发射器的输出端分别与超声波收发一体探头输入端和AD采集模块第一输入端连接，超声波收发一体探头的输出端和AD采集模块的第二输入端连接，AD采集模块的输出端、电源的输出端均与控制模块对应的输入端连接，控制模块与人机交互界面、存储器双向连接。

2.根据权利要求1所述的变压器内部结构探测装置，其特征在于超声发射器内置有超声驱动模块，所述超声驱动模块包括高速开关器和模拟放大电路，控制模块的输出端与高速开关器连接，高速开关器通过模拟放大电路与超声波收发一体探头连接。

3.根据权利要求2所述的变压器内部结构探测装置，其特征在于控制模块包括由多个上拉电阻构成的上拉电阻组、晶振电路和单片机，在电源与单片机的各接口之间均连接上拉电阻，晶振电路与单片机连接，所述单片机接收AD采集模块发送的数据、向超声驱动模块和人机交互界面发送控制命令，以及接收人机交互界录入的数据信息。

4.根据权利要求1或2或3所述的变压器内部结构探测装置，其特征在于AD采集模块包括A/D转换单元、用于数据缓冲的高频转换单元和数据缓存器，A/D转换单元的输入端分别与模拟放大电路和超声波收发一体探头，A/D转换单元、高频转换单元和数据缓存器依序连接，数据缓存器的输出端与控制模块的对应输入端连接。

5.根据权利要求4所述的变压器内部结构探测装置，其特征在于壳体的上端部固定有与超声发射器连接的BNC接头，超声波收发一体探头的尾部连接有BNC接头，超声波收发一体探头与便携式手持机之间通过BNC接头连接。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的变压器内部结构探测装置，其特征在于所述人机交互界面包括显示屏和按键键盘，显示屏固定在壳体的前面上部，按键键盘包括选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮测试/回读键和开始/停止键，所述选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮、测试/回读键和开始/停止键由上至下依序排列固定在壳体的前面下部。

7.根据权利要求4所述的变压器内部结构探测装置，其特征在于所述人机交互界面包括显示屏和按键键盘，显示屏固定在壳体的前面上部，按键键盘包括选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮测试/回读键和开始/停止键，所述选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮、测试/回读键和开始/停止键由上至下依序排列固定在壳体的前面下部。

8.一种如权利要求7所述的变压器内部结构探测装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：将超声波收发一体探头与变压器外壳之间涂抹耦合剂，使超声波收发一体探头连接到变压器外壳上；

S2：按下便携式手持机的测试/回读键，控制模块发出控制信号，控制启动超声发射器，产生发射脉冲，同时控制模块开始计时；

S3：超声发射器产生脉冲的同时，启动AD采集模块，开始采集超声波收发一体探头发送的反射信号；

S4：控制模块接收到AD采集模块处理后的反射信号，停止计时；根据超声发射和接收的时间差，计算出变压器内部的反射物到外壳的距离，公式如下：

D＝(△t×C)/2

其中，D为反射物到外壳的距离，单位：m，△t为发射到接收到信号的时间差，单位：s，C为超声在变压器油中的传播速度，单位：m/s；

S5：便携式手持机的显示屏启动，反射物的距离显示到显示屏上，并保存到存储器中；

S6:通过按下数据测试/回读键，调取历史数据，观察对比获得的实时反射物是否有位置变化，以指导维修工作。