CN110763309A - 基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，设有超声双探头、信号采集模块、信号处理模块和显示模块；该超声双探头具有上下平行布置的两直探头，该两直探头分别发出一束超声纵波；测量时，该超声双探头贴设于油枕的外壁并沿油枕的高度方向上下移动，其发出的两束超声纵波能穿过油枕的金属壁厚和油枕内部的绝缘油，超声纵波在穿过的不同介质交界面上产生反射信号并由信号采集模块接收，信号采集模块接收到反射信号后向信号处理模块反馈并由信号处理模块处理得到油枕油位；本发明能够在变压器不停运的情况下，快速、准确的对变压器油枕内部油位进行探测，测量稳定且可重复性高；能够避免测得假油位，从而获得油枕中的真正油位。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统测试技术领域，尤其涉及一种基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法。
背景技术
变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行可靠性与电力系统的安全与稳定密切相关，而绝缘材料浸渍在变压器油中不仅可以提高变压器内部绝缘强度，同时还可以避免潮气的侵蚀。因此变压器内部的绝缘油油量的多少不仅影响变压器设备的绝缘水平，同时影响变压器内部绝缘材料的使用周期和运行过程中散热能力。油枕油位过高，变压器满载或过载运行时将会引起变压器溢油等故障；油位过低，则有可能使得引线或铁芯直接接触空气，造成变压器内部绝缘水平大幅降低，发生报警甚至跳闸。同时油表连杆弯曲、断裂和表计指针脱落、失灵等原因造成的假油位现象，也大大增加了油位异常时的传统人工目视检查误判的可能。因而，如何在变压器不停运的情况下，快速、准确的对变压器油枕内部油位进行测量，将变压器油枕油位保持在正常数值范围内，成为长期以来困扰工程技术人员的难题和挑战。
发明内容
本发明提供了一种基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，设有超声双探头、信号采集模块、与该信号采集模块连接的带有微控制器的信号处理模块和与该信号处理模块连接的显示模块；该超声双探头具有上下平行布置的两直探头，该两直探头分别发出一束超声纵波；
测量时，该超声双探头贴设于油枕的外壁并沿油枕的高度方向上下移动，其发出的两束超声纵波能穿过油枕的金属壁厚和油枕内部的绝缘油，超声纵波在穿过的不同介质交界面上产生反射信号并由信号采集模块接收，信号采集模块接收到反射信号后向信号处理模块反馈并由信号处理模块处理得到油枕油位；
超声纵波在第一金属侧壁与油枕内的空气或绝缘油的交界面产生第一次反射，超声纵波在绝缘油与第二金属侧壁或产生形变的隔膜或胶囊的交界面产生第二次反射，记录两束超声纵波在第一金属侧壁中的往返时间t1、T1，记录两束超声纵波在第一金属侧壁和绝缘油中的往返时间t2、T2；从而可得到该两束超声纵波在绝缘油中的往返时间Δt1＝|t2-t1|，ΔT2＝|T2-T1|，若|Δt1-ΔT2|为超声双探头在金属外壁上下移动的行程过程中测得的最大值，则油枕油位位于两直探头之间对应的油枕高度处；
其中，若任一直探头只接收到一次反射，则记该超声纵波在第一金属侧壁和绝缘油中的往返时间t2＝t1或T2＝T1；该第一金属侧壁和第二金属侧壁为油枕水平相对的两侧壁。
一实施例之中：该信号采集模块带有微控制器并与信号处理模块通信连接。
一实施例之中：该信号采集模块与信号处理模块无线通信连接。
一实施例之中：该信号采集模块与信号处理模块通过射频方式进行通信。
一实施例之中：该信号采集模块与超声双探头装设在一起。
一实施例之中：该信号处理模块的微控制器采用ATmega128单片机。
一实施例之中：该显示模块装设于信号处理模块上。
一实施例之中：该超声双探头与油枕的外壁之间涂覆有耦合剂，使超声双探头发出的超声纵波能有效地传入油枕内。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1、本发明提供了一种超声探测油枕油位的方法，能够在变压器不停运的情况下，快速、准确的对变压器油枕内部油位进行探测，测量稳定且可重复性高；也解决了只能在停电状态下将变压器油枕开箱检查测量油枕油位的问题，节省了时间和经济成本。
2、通过超声双探头进行油位探测，能够快速准确的找出油枕油位所在位置，即两个直探头之间。
3、油枕中的隔膜或胶囊长期使用后会发生形变，导致油枕中的绝缘油分布发生变化，出现假油位，通过本发明所述的油位探测方法，能够避免测得假油位，从而获得油枕中的真正油位。
4、信号采集单元与信号处理单元采用无线传输通信技术进行通信连接，便于对测量结果的远程查看。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为基于双超声探测的变压器油枕油位的测量原理示意图。
图2为基于双超声探测的变压器油枕油位的测量原理示意图。
图3为基于双超声探测的变压器油枕油位的测量电路结构示意图。
图4为基于双超声探测的变压器油枕油位的测量流程图。
图5为一较佳实施方式中，隔膜变形情况下的测量原理示意图。
具体实施方式
请查阅图1至图4，基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，设有超声双探头1、信号采集模块2、与该信号采集模块2连接的带有微控制器的信号处理模块3和与该信号处理模块3连接的显示模块；该超声双探头1具有上下平行布置的两直探头，该两直探头分别发出一束超声纵波；
本实施例中，该信号采集模块2与超声双探头1装设在一起，便于接收超声探头1发出的超声纵波的反射信号。
本实施例中，该信号采集模块2带有微控制器并与信号处理模块3通信连接，该信号处理模块3的微控制器采用ATmega128单片机。除此以外，该信号采集模块2也可不带微控制器，其与带微控制器的信号处理模块3电连接，以便信号采集模2块将其接收到的反射信号反馈给信号处理模块3进行分析处理。
优选地，该信号采集模块2与信号处理模块3无线通信连接，本实施例中，该信号采集模块2与信号处理模块3通过射频方式进行通信。
本实施例中，该显示模块装设于信号处理模块3上，便于查看。
测量时，该超声双探头1贴设于(最好是紧贴设于)油枕的外壁并沿油枕的高度方向上下移动，其发出的两束超声纵波能穿过油枕的金属壁厚4和油枕内部的绝缘油5，最好，在该超声双探头1与油枕的外壁之间涂覆有耦合剂，使超声双探头1发出的超声纵波能有效地传入油枕内。
超声纵波在穿过的不同介质交界面上产生反射信号并由信号采集模块2接收，信号采集模块2接收到反射信号后向信号处理模块3反馈并由信号处理模块3处理得到油枕油位；
超声纵波在第一金属侧壁41与油枕内的空气或绝缘油5的交界面产生第一次反射，超声纵波在绝缘油5与第二金属侧壁42或产生形变的隔膜6或胶囊7的交界面产生第二次反射，记录两束超声纵波在第一金属侧壁41中的往返时间t1、T1，记录两束超声纵波在第一金属侧壁41和绝缘油5中的往返时间t2、T2；从而可得到该两束超声纵波在绝缘油5中的往返时间Δt1＝|t2-t1|，ΔT2＝|T2-T1|，若|Δt1-ΔT2|为超声双探头在金属外壁上下移动的行程过程中测得的最大值，则油枕油位位于两直探头之间对应的油枕高度处；
其中，若任一直探头只接收到一次反射，则记该超声纵波在第一金属侧壁41和绝缘油5中的往返时间t2＝t1或T2＝T1；该第一金属侧壁41和第二金属侧壁42为油枕水平相对的两侧壁。
在一较佳实施方式中，以隔膜油枕为例；
若隔膜6未产生形变，超声双探头1在油枕①、②、③、④高度方向上的四个位置测得的绝缘油5的往返时间为a、b、c和d，其中c＝d，a＝b且等于0，根据公知常识，超声波在金属与空气之间的交界面上的透射率趋于零，于是，当任一直探头发出的声波高度在油位上方时，超声纵波在油枕的第一金属侧壁41与油枕内空气交界面产生全反射，信号采集模块2只接收到一次反射信号(空气与第二金属侧壁42之间的超声反射信号几乎接收不到)，因此a＝b＝0。那么|c-b|最大，则说明油枕油位位于往返时间c和b所对应的高度之间，c和b分别由该两个直探头测量获得。
请查阅图5，若隔膜6产生形变，超声双探头1在油枕①、②、③、④高度方向上的四个位置测得的绝缘油5的往返时间为a、b、c和d，其中a<b<c<d，且信号采集模块2均能接收到两个反射信号，且|c-b|最大，则说明油枕油位位于往返时间c和b所对应的高度之间且是真正的油位，而a、b、c和d任何一个对应的油枕高度位置均为假油位，c和b分别由该两个直探头测量获得。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (8)
1.基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：设有超声双探头、信号采集模块、与该信号采集模块连接的带有微控制器的信号处理模块和与该信号处理模块连接的显示模块；该超声双探头具有上下平行布置的两直探头，该两直探头分别发出一束超声纵波；
测量时，该超声双探头贴设于油枕的外壁并沿油枕的高度方向上下移动，其发出的两束超声纵波能穿过油枕的金属壁厚和油枕内部的绝缘油，超声纵波在穿过的不同介质交界面上产生反射信号并由信号采集模块接收，信号采集模块接收到反射信号后向信号处理模块反馈并由信号处理模块处理得到油枕油位；
超声纵波在第一金属侧壁与油枕内的空气或绝缘油的交界面产生第一次反射，超声纵波在绝缘油与第二金属侧壁或产生形变的隔膜或胶囊的交界面产生第二次反射，记录两束超声纵波在第一金属侧壁中的往返时间t1、T1，记录两束超声纵波在第一金属侧壁和绝缘油中的往返时间t2、T2；从而可得到该两束超声纵波在绝缘油中的往返时间Δt1＝|t2-t1|，ΔT2＝|T2-T1|，若|Δt1-ΔT2|为超声双探头在金属外壁上下移动的行程过程中测得的最大值，则油枕油位位于两直探头之间对应的油枕高度处；
其中，若任一直探头只接收到一次反射，则记该超声纵波在第一金属侧壁和绝缘油中的往返时间t2＝t1或T2＝T1；该第一金属侧壁和第二金属侧壁为油枕水平相对的两侧壁。
2.根据权利要求1所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该信号采集模块带有微控制器并与信号处理模块通信连接。
3.根据权利要求2所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该信号采集模块与信号处理模块无线通信连接。
4.根据权利要求3所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该信号采集模块与信号处理模块通过射频方式进行通信。
5.根据权利要求1所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该信号采集模块与超声双探头装设在一起。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该信号处理模块的微控制器采用ATmega128单片机。
7.根据权利要求1所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该显示模块装设于信号处理模块上。
8.根据权利要求1所述的基于双超声探测的变压器油枕油位的测量方法，其特征在于：该超声双探头与油枕的外壁之间涂覆有耦合剂，使超声双探头发出的超声纵波能有效地传入油枕内。
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