CN116907725B - 一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其中，隔绝压力条件下放电检测第一压力传感器是否存在电磁干扰，密闭液体的密闭罐经由法兰密封，所述密闭罐内设有用于放电的放电中心，第一压力传感器整体设置于所述密闭罐内且相对于所述放电中心的位置可调节以检测所述放电中心放电的第一压力波形，第二压力传感器安装于所述法兰上以检测所述放电中心同一次放电的第二压力波形，根据第一压力波形和第二压力波形计算其波峰时间，若波峰时间差与（第一压力传感器和第二压力传感器之间的距离s比冲击波在液体中传播速度v）的误差处于指定范围且波形规律基本一致，则第一压力传感器测量的第一压力波形表征密闭环境下液体中的放电压力。

Description

一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法

技术领域

本发明涉及变压器故障检测技术领域，特别是一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法。

背景技术

变压器是特高压输电系统中的重要设备，变压器油箱内电弧放电故障引起的压强陡升将引起变压器燃爆事故，严重威胁电力系统的安全稳定运行。目前，尚缺乏针对高电压、大容量变压器油中的电弧放电压力产生的实验和理论研究，燃爆过程不明晰。造成无法预料的事故。

测量变压器油中电弧放电故障引起的压力变化对研究变压器油中电弧故障具有重要意义。目前尚缺乏对密闭环境下液体中放电压力波形是否准确的识别方法，由于油中电弧放电存在极强的电磁干扰，故是否和如何对压力传感器进行电磁屏蔽以及如何调节传感器距离放电中心的位置成为需要研究的问题。

在背景技术部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对所述现有技术存在的不足或缺陷，提供了一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法。避免了电磁干扰且提高测量精度。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法，包括，

隔绝压力条件下放电检测第一压力传感器是否存在电磁干扰，其中，若第一压力传感器未出现波形则不存在电磁干扰，若第一压力传感器出现波形则存在电磁干扰，所述第一压力传感器包裹铜箔并接地以屏蔽电磁干扰；

密闭液体的密闭罐经由法兰密封，所述密闭罐内设有用于放电的放电中心，第一压力传感器整体设置于所述密闭罐内且相对于所述放电中心的位置可调节以检测所述放电中心放电的第一压力波形，第二压力传感器安装于所述法兰上以检测所述放电中心同一次放电的第二压力波形，第一压力传感器和第二压力传感器之间的距离s比冲击波在液体中传播速度v作为时间差；

根据第一压力波形和第二压力波形计算其波峰时间差，若波峰时间差/>与/>的误差处于指定范围内，则第一压力传感器测量的第一压力波形表征密闭环境下液体中的放电压力。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，多次调节第一压力传感器相对所述放电中心的位置进行多次测试以确定适当的误差的预设范围。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，第一压力传感器外接位于密闭罐外的调节杆，通过调节调节杆的高度以改变第一压力传感器距离放电中心的高度位置，通过改变法兰的厚度以改变第二压力传感器距离放电中心的位置。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，所述第一压力传感器连接调节水平方向上距离放电中心的位置的距离调节装置。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，距离调节装置包括滑轨或滑槽。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，所述第一压力传感器为自由场式的压力传感器，所述第二压力传感器为螺纹安装式的压力传感器。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，自由场式的压力传感器使用环氧树脂胶浇注于密闭罐内，螺纹安装式的压力传感器从法兰中心开设的孔内穿过并进行密闭。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，所述第一压力传感器或第二压力传感器为压电传感器，其包括压电晶体，第一压力传感器的正负极化电荷与压电晶体所受压力呈线性关系。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，第一压力传感器离放电中心的距离为第二压力传感器离所述放电中心的距离的一半。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法中，所述密闭罐为变压器，所述液体为变压器油。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

本公开避免由于电磁干扰使数据不准确的问题，联合对比分析两传感器的压力波形能准确得到密闭环境下液体内的放电压力。

所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1为密闭环境下液体放电压力测量方法流程图；

图2为液体中自由场式压力传感器密封安装示意图；

图3为压电式压力传感器电磁屏蔽方法示意图；

图4为密闭环境下液体放电压力传感器安装及布置示意图；

图5为液体中放电的典型压力波形图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图5更详细地描述本发明的具体实施案例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施案例所限制。相反，提供这些实施案例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称预定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，密闭环境下液体中的放电压力测量的基本原理如图1所示，

隔绝压力情况下放电，观测传感器波形；需要说明的是，传感器为压力传感器；下文的具体实施例将进行更为详细的描述；

进一步，判断传感器在不受压力情况下是否输出电磁干扰波形；

i）如果是，则对传感器的电磁干扰进行屏蔽抑制；

然后，将传感器安装到适当的测量点位；

ii）如果否，则直接将将传感器安装到适当的测量点位；

进一步，根据同一次实验中不同传感器记录的实验波形，计算两个冲击波峰值之间的时间差；

若，s为两个传感器中间的距离，v为冲击波在液体中的传播速度，则说明测量结果正确，能够理解，此种判断很苛刻，所以，更宽泛的，若/>与/>之间的误差在允许范围内且波形规律基本一致，即可认为测量结果正确。

在一个实施例中，本公开揭示了一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其包括：

隔绝压力情况下放电检测第一压力传感器是否存在电磁干扰，其中，第一压力传感器未出现异常波形则不存在电磁干扰；否则，第一压力传感器出现波形则存在电磁干扰，所述第一压力传感器包裹铜箔并接地以屏蔽电磁干扰；

密封液体的密闭罐经由法兰密封，所述密闭罐内设有用于放电的放电中心，第一压力传感器整体设置于所述密闭罐内且相对于所述放电中心的位置可调节以检测所述放电中心放电的第一压力波形，第二压力传感器安装于所述法兰上以检测所述放电中心同一次放电的第二压力波形；

根据第一压力波形和第二压力波形计算其波峰时间，若波峰时间差/>与/>（第一压力传感器和第二压力传感器之间的距离s比冲击波在液体中传播速度v）的误差处于指定范围且波形规律基本一致，则第一压力传感器测量的第一压力波形表征密闭环境下液体中的放电压力。

能够理解，所述指定范围可以是预设范围，用于表示误差的预设范围。例如误差的预设范围可以是10的-1次方、10的-2次方、10的-3次方的量级等，能够理解，10的-3次方的量级相比10的-1次方、10的-2次方更为精确。进一步的，所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，多次调节第一压力传感器相对所述放电中心的位置进行多次测试以确定适当的误差的预设范围。示例性的，以2次测试为例，第一次测试所得时间减去第二次测试所得时间之差，再比上第一次测试所得时间或第二次测试所得时间，所得的比值即可用于确定适当的误差范围。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，第一压力传感器外接位于密闭罐外的调节杆，通过调节调节杆的高度以改变第一压力传感器距离放电中心的高度位置，通过改变法兰的厚度以改变第二压力传感器距离放电中心的位置。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，所述第一压力传感器连接调节水平方向上距离放电中心的位置的距离调节装置。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，距离调节装置包括滑轨或滑槽。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，所述第一压力传感器为自由场式的压力传感器，所述第二压力传感器为螺纹安装式的压力传感器。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，自由场式的压力传感器使用环氧树脂胶浇注于密闭罐内，螺纹安装式的压力传感器从法兰中心开设的孔内穿过并进行密闭。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，所述第一压力传感器或第二压力传感器为压电传感器，其包括压电晶体，第一压力传感器的正负极化电荷与压电晶体所受压力呈线性关系。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，第一压力传感器离放电中心的距离为第二压力传感器离所述放电中心的距离的一半。

所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法的优选实施方式中，所述密闭罐为变压器，所述液体为变压器油。

在一个实施例中，指定范围为5%。能够理解，指定范围还可以根据需要以及压力传感器的精度进一步提高，例如提高至1%或者更高的精度。

在一个实施例中，密闭环境下液体中放电压力的测量方法包括，

隔绝压力情况下放电检测传感器是否存在电磁干扰问题，所述电磁干扰问题，放电后无压力波形为正常。在隔绝压力条件下进行放电，应不出现异常输出。由于传感器内部为压电晶体，可能感应出与放电电压相同波形，如果在隔绝压力条件下，传感器输出与放电电压相似的波形，即认为传感器存在电磁干扰。压电式压力传感器的原理为利用压电材料的压电效应进行压力测量在压力作用下，压电材料发生形变，压电体两端会出现正负极化电荷，在一定压力范围内，压电晶体两端产生的极化电荷与压电材料所受压力呈线性关系，根据产生的电荷量可以推算出压力的大小，而在隔绝压力保证传感器不受力的条件下，放电压力波形出现与放电电压相似波形为不正常。对存在电磁干扰的传感器外围包裹铜箔，并将铜箔接地进行电磁屏蔽，由此感应电荷会在铜箔上产生并随着接地导线流入大地；

对传感器进行密闭安装，第一压力传感器外接到一根调节杆上并将整体浇灌到实验中所用的密闭罐中。第二压力传感器使用螺纹和密封“O”形圈的方式实现安装和密封。

对于测量距放电中心不同位置处的压力，调节传感器的位置，对第一压力传感器调节其调节杆的高度以改变距离放电中心的位置，对第二压力传感器改变法兰的厚度以改变距离放电中心的位置。

对比分析两传感器在不同位置所测量得到的压力波形。压力到达两传感器处的位置应存在：

(s为两传感器距离,v为冲击波在液体中的传播速度)，正常情况下，波形除存在幅值衰减外基本一致。

在一个实施例中，第一压力传感器为PCB138传感器，第二压力传感器为PCB102传感器。在同一次实验中对两个及以上的传感器测量出的压力结果进行联合诊断分析，得到该放电条件下的压力结果。

进一步的，为了得到压力场分布，还要测得多个距离燃弧中心不同距离的点位的压力分布，这涉及对压力传感器进行位置调节。示例性的，螺纹安装式的压力传感器的调节或选型可以进一步通过更换不同的安装法兰来实现，液体自由场式压力传感器的调节方法则可以通过改变调节杆的高度来实现。由此，将安装在不同位置的压力传感器的结果进行对比分析，得到压力分布及压力衰减规律。

在一个实施例中，密闭环境下模拟变压器油箱内的燃弧实验，变压器油中电弧放电产生的气体会造成油箱内稳态压力上升，最终导致变压器油箱形变破裂。

对自由场式压力传感器使用环氧树脂胶进行浇注，密封。其中，示例性的，浇筑加工可参考图2所示的各种形貌和尺寸。需要说明的是，对螺纹安装式的压力传感器用金属铝制作中心开孔的安装法兰，将传感器从孔内穿过进行密闭。

在一个实施例中，第一压力传感器和第二压力传感器分别为液体自由场式的压力传感器和螺纹安装式的压力传感器。

第一压力传感器在隔绝压力情况下放电后检测到的波形与放电电压波形一致，故存在电磁干扰问题，所以采取铜箔包裹第一压力传感器外围，并将铜箔接地的方式解决第一压力传感器的电磁干扰问题，如图3所示：

其中，高压电极与低压电极之间存在电场，场强为E；

屏蔽前，压电晶体所代表的压力传感器的两侧存在对应的正电荷和负电荷；这会对输出信号线所输出的信号造成干扰；

屏蔽后，由于铜箔接地，压电晶体所代表的压力传感器的两侧则不再存在正电荷和负电荷。

将第一压力传感器放置距离第二压力传感器距放电中心一半的位置，具体位置可以进行调节，第一压力传感器通过调节杆和距离调节装置来调节高度和水平方向上距离放电中心的距离，第二压力传感器则可通过改变法兰的厚度即通过更换不同的安装法兰来调节距离放电中心的位置，如图4所示：

图4中，罐体的两端设置有高压端、低压端，其中，高压端从罐体的顶部几何中心处深入罐体，低压端从罐体的底部几何中心处深入罐体，且高压端、低压端各自深入罐体的一端分别连接出高压测量引线和低压测量引线，其中，

高压端深入罐体的一端与低压端深入罐体的一端相对，且假设二者的中心线位于垂直直线L1上；

罐体顶部的几何中心与罐体边缘之间的罐体顶部表面位置，设置有传感器密封安装法兰，其下方设置有距离调节装置，所述距离调节装置进一步连接安装杆的上端，安装杆的下端则固定第一压力传感器，其中，示例性的，安装杆的下端通过扎带固定第一压力传感器；需要说明的是，经由所述传感器密封安装法兰引出第一压力传感器的信号线；

罐体的顶部边缘和底部边缘之间，还设置传感器安装法兰，以用于安装第二压力传感器，且第二压力传感器处引出有信号线；

其中，第二压力传感器呈水平放置，第一压力传感器呈竖直放置，

第二压力传感器的水平方向上的中轴线L2，向罐体内水平延伸至前文所述直线L1处，获得交点O1；

第一压力传感器深入罐体的尖端连接所述交点O1形成直线L3，其中，直线L2与L3也交于交点O1，即直线L1、L2、L3三者共交于交点O1，并且，直线L2、交点O1、直线L3形成的夹角为45度。

需要说明的是，按照实验的验证，图4所示的围绕罐体、第一压力传感器、第二压力传感器的设置，对本公开所揭示的测量方法最为合理，且测试准确度高。

示例性的，密闭安装例如将第二压力传感器安装在罐体的法兰上，第一压力传感器接到调节杆上并通过浇注的方式安装到罐体上。能够理解，此处的调节杆即图4所示的安装杆和距离调节装置的另一种变型实现方式。

在同一次放电中得到两传感器的压力波形，如图5所示，两波形峰值存在时间差=135μs，两传感器距离s=0.19m，冲击波在液体中的传播速度v=1400m/s，理论上两波形峰值存在时间差/>=/>, />=135.71μs，误差完全符合要求。除此以外波形基本一致，说明得到的压力波形准确，是放电产生的压力。那么，有理由认为峰值存在一定的差值是由于压力波在传播的过程中会衰减。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

隔绝压力条件下放电检测第一压力传感器是否存在电磁干扰，其中，若第一压力传感器未出现波形则不存在电磁干扰，若第一压力传感器出现波形则存在电磁干扰，所述第一压力传感器在存在电磁干扰时包裹铜箔并接地以屏蔽电磁干扰；

密闭液体的密闭罐经由法兰密封，所述密闭罐内设有用于放电的放电中心，第一压力传感器整体设置于所述密闭罐内且相对于所述放电中心的位置可调节，以检测所述放电中心放电的第一压力波形，第二压力传感器安装于所述法兰上以检测所述放电中心同一次放电的第二压力波形，第一压力传感器和第二压力传感器之间的距离s比冲击波在液体中传播速度v作为时间差，其中，罐体顶部的几何中心与罐体边缘之间的罐体顶部表面位置，设置有传感器密封安装法兰，其下方设置有距离调节装置，所述距离调节装置连接安装杆的上端，安装杆的下端则固定第一压力传感器，罐体的顶部边缘和底部边缘之间，还设置传感器安装法兰，以用于安装第二压力传感器；

根据第一压力波形和第二压力波形计算其波峰时间差，若波峰时间差/>与/>的误差处于指定范围内，则第一压力传感器测量的第一压力波形表征密闭环境下液体中的放电压力。

2.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，多次调节第一压力传感器相对所述放电中心的位置进行多次测试以确定适当的误差的预设范围。

3.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，第一压力传感器外接位于密闭罐外的调节杆，通过调节调节杆的高度以改变第一压力传感器距离放电中心的高度位置，通过改变法兰的厚度以改变第二压力传感器距离放电中心的位置。

4.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，所述第一压力传感器连接调节水平方向上距离放电中心的位置的距离调节装置。

5.根据权利要求4所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，距离调节装置包括滑轨或滑槽。

6.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，所述第一压力传感器为自由场式的压力传感器，所述第二压力传感器为螺纹安装式的压力传感器。

7.根据权利要求6所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，自由场式的压力传感器使用环氧树脂胶浇注于密闭罐内，螺纹安装式的压力传感器从法兰中心开设的孔内穿过并进行密闭。

8.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，所述第一压力传感器或第二压力传感器为压电传感器，其包括压电晶体，第一压力传感器的正负极化电荷与压电晶体所受压力呈线性关系。

9.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，第一压力传感器离放电中心的距离为第二压力传感器离所述放电中心的距离的一半。

10.根据权利要求1所述的密闭环境下液体中放电压力的测量方法，其特征在于，所述密闭罐为变压器油箱，所述液体为变压器油。