CN1177219C - 内置式广开角宽带水听器 - Google Patents

Abstract

内置式广开角宽带水听器是一种用于插入电力变压器(包括220KV、500KV及750KV)内部的检测、诊断及识别灾害性局部放电故障的超声传感器，属于声发射无损检测技术领域。该内置式广开角宽带水听器以法兰盘(3)为基体，在法兰盘(3)上设有开口匣(6)，在开口匣(6)内的底部设有吸声板(10)，在吸声板(10)上设有吸声垫(5)，薄壳圆管振子(4)置于吸声垫(5)上，针管(9)的上端接薄壳圆管振子(4)，针管(9)的下端与输出插座(1)相连接，薄壳圆管振子(4)的引线位于针管(9)内并与输出插座(1)相连接，输出插座(1)位于法兰盘(3)中央的通孔内，该水听器灵敏度高、低Q值、短余响、广开角，工作频率很宽。

Description

内置式广开角宽带水听器

一、技术领域

本发明是一种用于多参数监测电力变压器(包括220KV、500KV、750KV及GIS系统)灾害性局部放电故障诊断的内置式广开角宽带水听器。属于声发射无损检测技术领域。

二、背景技术

国内外现有监测电力变压器局部放电用外贴式实心PZT(压电陶瓷换能器)谐振式纵向换能器的缺点是：(1)由于压电晶堆采用PZT实心电陶瓷、PZT声阻抗高，与检测介质(变压器油加钢板)严重失匹，故换能器收、发灵敏度不高；(2)由于传统PZT只能制成200kHz频段以下(实用200kHz至1MHz之间的频段有困难)，故选择频段受到限制；(3)PZT换能器Q值高，外贴后通带更窄，检测波形持续时间长、余响大、上升沿欠徒峭，影响检测分辩率，降低检测精确度；(4)PZT压电晶堆是有限长两维振动体，检测的高频波形受低频畸变；(5)谐振式多振模PZT换能器耦合到固体介质上对纵、横波相互转换、干扰，也影响检测精度和可靠性。

传统电力变压器局放故障检测有二种方式：(1)2002年德国西门子公司采用谐振式换能器，开始伸进变压器内检测；(2)多数研制检测者仍沿用钢箱体外贴检测。以上二者换能器均仍采用实心PZT纵向晶堆。

三、技术内容

1、技术问题

本发明的目的就是提供一种灵敏度高、低Q值、短余响广开角工作频段很宽，适用于电力变压器的灾害性局部放电故障诊断用的内置式广开角宽带水听器。

2、技术方案

本发明的内置式广开角宽带水听器，由微型薄壳圆管振子及其导向装置所组成，其特征在于该广开角内置式宽带水听器以法兰盘为基体，在法兰盘上设有开口匣，在开口匣内的底部设有吸声板，在吸声板上设有吸声垫，薄壳圆管振子置于吸声垫上，针管的上端接薄壳圆管振子，针管的下端与输出插座相连接，薄壳圆管振子的引线位于针管内并与输出插座相连接，共同构成屏蔽层，输出插座位于法兰盘中央的通孔内，吸声板由松木尖壁板构成，吸声垫紧压在吸声板上，吸声垫由吸声泡沫构成并填满开口匣内，薄壳圆管振子位于吸声垫的中央，开口匣为开口胶木匣，在开口匣的中央设有一通孔，针管从该通孔穿出与输出插座相连接，薄壳圆管振子为PZT压电材料组成的微型薄壳圆管压电振子或其它圆管微型压电薄壳圆管振子，薄壳圆管振子必须满足：10kHz至400kHz接收宽频带及Z轴向90度波束开角、X、Y轴向150度波开角，确保监控A、B、C三相变压器金属线组上的局放超声信号。在薄壳圆管振子的外表面，用高分子聚合物或胶木类材料密封，确保与变压器油无物理、化学反应。在水听器外表设有电屏蔽层。

3、技术效果

内置式广开角水听器(10kHz至400kHz响应平坦，起伏小于±1.5dB)在实验室测试结果性能优良，由于内置灵敏度更高，空间视角更宽阔，(X、Y及Z方向为广开角)。该项技术表明：超声时间波形更徒峭，余响更短，在频域或时域上完全可以区分故障“指纹”特征与其它干扰特征。从而为识别灾害性局放事故提供了先决条件和基础。

本发明为更宽带、高灵敏、广开角的内置水听器：薄壳圆管振子4它为壁厚0.5mm、平均直径2.5mm、及每节高4mm共二节组成薄壳圆柱结构的PZT压电双振子，接收灵敏度为-200dB(参考：1V/μPa)，在10kHz至400kHz可形成平坦接收响应，起伏小于±1.5dB，PZT双振子用胶木水密包封，保证与变压器油不发生任何化学、物理作用；包封时保证水听器在前端垂直(Z轴)90度、水平(X、Y轴)150度开角空间区域不受任何阻挡，在后侧用吸声泡沫垫5及吸声松木尖壁板10，以吸收高频和低频的声干扰和声反射，并复加档板导向，充分保证前端声波广开角，后侧声波充分吸收的声障条件。薄壳圆管振子正、负电极线通过不锈钢弯管，连通到电信号输出插座(插座固定在开口胶木匣6上，胶木匣通过螺钉2，共四只)牢牢固定在变压器法兰钢板上，用环氧浇注以保证结构密封不漏油，变压器法兰盘金属板再用密闭橡皮填牢牢固定在变压器箱壳上。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图。其中有输出插座1、螺钉2、法兰盘3、薄壳圆管振子4、吸声垫5、开口匣6、正电极7、负电极8、针管9、吸声板10、开口11。

五、具体实施方案

本发明的内置式宽带水听器，由微型薄壳圆管振子及其导向装置所组成，其特征在于该内置式广开角宽带水听器以法兰盘3为基体，在法兰盘3上设有开口匣6，在开口匣6内的底部设有吸声板10，在吸声板10上设有吸声垫5，薄壳圆管振子4置于吸声垫5上，针管9的上端接薄壳圆管振子4，针管9的下端与输出插座1相连接，薄壳圆管振子4的引线位于针管9内并与输出插座1相连接，输出插座1位于法兰盘3中央的通孔内，吸声板10由松木尖壁板构成，吸声垫5紧压在吸声板10上，吸声垫5由吸声泡沫构成并填满开口匣6内，薄壳圆管振子4位于吸声垫5的中央，开口匣6为开口胶木匣，在开口匣的中央设有一通孔，针管9从该通孔穿出与输出插座1相连接，薄壳圆管振子4为PZT压电材料组成的微型薄壳圆管压电振子或其它微型薄壳圆管振子，在薄壳圆管振子4的外表面，用高分子聚合物或胶木类材料密封包封，在薄壳圆管振子外表设有电屏蔽层。

其具体实施方法如下：

第一、采用微型尺寸PZT压电薄壳圆管振子结构，用接收型PZT压电材料(称P-5)，振子壁厚0.5mm，平均圆壳直径Φ2.5mm，高度4mm，用二节总高8mm，利用径向谐振模式，在10kHz至400kHz区域接收响应平坦，起伏小于±1.5dB，平坦区域内灵敏度-200dB(OdB＝1V/μPa)，垂直(Z轴)方向性波束大于90度开角，水平为无方向特征，但通过胶木层材料(由变压器油不发生任何物理、化学反映的材料)水密包封，在150度水平开角与垂直90度范围内导向，之外空间设置泡沫和松木吸声尖壁，造成良好吸声边界条件；第二、薄壳圆管振子结构设置有金属电磁屏蔽层罩，信号电极线沿不锈钢针管内连结到屏蔽的电输出插座上；第三、薄壳圆管振子结构与变压器油之间有水密层结构，保证变压器油不泄漏到电输出插座上，整个插入薄壳圆管振子整体独立密封与法兰盘之间连结牢固可靠、不泄漏油，也不与变压器油发生任何化学侵蚀作用；第四、薄壳圆管振子的跟随前置放大器，靠近薄壳圆管振子，但外置在变压器箱壳体外侧，以保证无源，在强电场下安全可靠。

Claims (5)

1、一种内置式广开角宽带水听器，由水听器及其固定装置所组成，其特征在于该内置式广开角宽带水听器以法兰盘(3)为基体，在法兰盘(3)上设有开口匣(6)，在开口匣(6)内的底部设有吸声板(10)，在吸声板(10)上设有吸声垫(5)，薄壳圆管振子(4)置于吸声垫(5)上，针管(9)的上端接薄壳圆管振子(4)，针管(9)的下端与输出插座(1)相连接，薄壳圆管振子(4)的引线位于针管(9)内并与输出插座(1)相连接，输出插座(1)位于法兰盘(3)中央的通孔内。

2、根据权利要求1所述的内置式广开角宽带水听器，其特征在于吸声板(10)由松木尖壁板构成，吸声垫(5)紧压在吸声板(10)上。

3、根据权利要求1或2所述的内置式广开角宽带水听器，其特征在于吸声垫(5)由吸声泡沫构成并填满开口匣(6)内，薄壳圆管振子(4)位于吸声垫(5)的中央。

4、根据权利要求1所述的内置式广开角宽带水听器，其特征在于开口匣(6)为开口胶木匣，在开口匣的中央设有一通孔，针管(9)从该通孔穿出与输出插座(1)相连接，构成单向波束广开角。

5、根据权利要求1所述的内置式广开角宽带水听器，其特征在于薄壳圆管振子(4)为压电陶瓷换能器压电材料组成的微型压电振子或其它压电薄壳圆管微型宽频带振子，在薄壳圆管振子(4)的外表面，用高分子聚合物或胶木类材料密封，在该水听器外表设有屏蔽层。