CN1332374A - 变压器绕组变形超声检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器绕组变形超声检测方法及装置。它利用脉冲超声波反射原理,将超声探头与变压器油箱外壳保持紧接触,由超声探头发射脉冲超声波并接收反射回的脉冲超声波,将其转换为相应的电脉冲信号,送至检测电路进行放大处理,通过计算机实际反映出绕组变形的部位、形状和大小。该检测装置由超声探头、检测电路以及计算机所构成,所述检测电路由隔离电路,脉冲触发电路,高压激励电路,参差式宽频放大器,检波电路,杂波抑制电路,脉冲放大电路,整形电路,波形变换电路,数据采集电路所构成。本发明能准确判断变压器绕组变形的部位和大小,保证电力系统安全运行,具有广泛的推广应用价值。

Description

变压器绕组变形超声检测方法及装置

(一)技术领域

本发明属于电气设备故障诊断技术领域，特别涉及一种变压器绕组变形超声检测方法及装置。

(二)技术背景

电力变压器是电力系统用途最为广泛且最为关键的元件之一，在电力系统中有着十分重要的地位。而电力变压器在运输过程中或电力系统发生短路故障时，绕组受到强大的机械力或电动力冲击，将会发生位移或者变形，从而导致绕组绝缘受损，出现事故隐患，若未能及时发现故障，而将变压器投运，则会烧坏变压器，发生大面积停电，严重威胁电力系统的安全运行。

目前，国内外主要是采用电气试验法和频谱法检测电力变压器绕组变形，这两种方法各有其特点，在一定的范围内得到了应用，并取得了一定的成效。但这两种方法都是通过判别绕组变形前后电气参量的变化而间接判断绕组变形情况，受其检测原理的限制，再加上绕组变形的部位、大小等复杂性和随机性的影响，要准确可靠判断绕组变形的部位和大小是十分困难的，所以，这两种方法推广使用受到了限制。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，而提出的一种变压器绕组变形超声检测方法及装置，即利用脉冲超声波反射原理，实现对电力变压器绕组变形或位移部位和大小的准确检测。

本发明的目的通过下述方法和装置实现的。

本发明超声检测方法包括下列步骤：

(1)将超声检测装置的超声探头的声辐射面涂上一层耦合剂，使之与变压器的外壳表面保持紧接触；

(2)由超声探头发出频率为1.0～2.0MHz的脉冲超声波，在变压器油箱外壳变压器油中传播，并在高压绕组或低压绕组的表面产生反射脉冲超声波回波；

(3)测量出脉冲超声波在变压器油箱外壳表面与高压绕组或低压绕组之间传播所需时间t：

(4)在步骤(3)的基础上，根据超声波在油中传播的速度c计算出变压器油箱外壳与高压绕组或低压绕组之间的距离，即： $L=\frac{1}{2}\mathrm{ct}+\mathrm{\ΔL}$ 式中：L-变压器外壳表面与高压绕组或低压绕组之间的距离(m)；

  c-脉冲超声波在变压器油中的传播速度(m/s)；

  t-脉冲超声波在变压器外壳表面与高压绕组或低压绕组经钢板和变压器油传播往返所需时间(s)；

  ΔL-变压器油箱外壳钢板厚度(m)；

(5)根据步骤(1)、(2)、(3)和(4)，将超声探头，沿X—Y方向扫描变压器油箱外壳，即可获得高压绕组或低压绕组与变压器油箱外壳的一组距离数据；

(6)由计算机绘出高压绕组或低压绕组的平面展开图形；

(7)将测量并计算出距离数据在绕组展开平面图形相应位置用光滑曲线连接，显示绕组变形几何形状和部位；

(8)移动鼠标至绕组平面展开图形相应位置，即可在数据框显示出该位置的变形数据。

本发明超声检测装置由超声探头、检测电路以及计算机所构成，所述检测电路由隔离电路，脉冲触发电路，高压激励电路，参差式宽频放大器，检波电路，杂波抑制电路，脉冲放大电路，整形电路，波形变换电路，数据采集电路所构成；其中：

数据采集电路的接口电路输出连接隔离电路的输入端，隔离电路的输出端连接脉冲触发电路的输入端，其输出端连接高压激励电路的输入端，高压激励电路的输出端分别连接超声探头和参差式宽频放大器的输入端，参差式宽频放大器的输出端连接检波电路的输入端，其输出端连接杂波抑制电路的输入端，其输出端连接脉冲放大电路的输入端，其输出端连接整形电路的输入端，整形电路的输出端连接波形变换电路的输入端，其输出端连接数据采集电路的输入接口电路，数据采集电路通过通信接口连接到计算机的通信接口。

所述的检测电路采用集成电路或单片机。

所述的脉冲触发电路、高压激励电路和超声探头配合，产生脉冲超声波，该脉冲超声波为一种衰减振荡波，振荡频率为1.0MHz～2.0MHz。

本发明具有以下优点和积极效果：

①目前所采用的电气测量的方法，只是一种根据变压器电气参数发生变化而间接判断绕组变形的方法，而本检测方法则是一种直接检测绕组变形部位和大小的方法。

②由计算机绘出绕组平面展开图，从平面展开图上可准确、直观地观察绕组变形的部位，移动鼠标指向变形部位可显示变形的大小。

③根据需要，可带电对绕组变形进行检测。

④操作简便，检测效率高、直观、准确、可靠，对操作人员无特殊要求，稍加培训即可进行操作。

⑤成本低，容易推广。

(四)附图说明

图1为超声检测原理框图。

图2为超声检测装置工作原理。

图中1、变压器1.1、变压器油箱外壳1.2、高压绕组1.3、低压绕组1.4、变压器油1.5、油道2、超声探头3、检测电路3.1、隔离电路3.2、脉冲触发电路3.3、高压激励电路3.4、参差式宽频放大器3.5、检波电路3.6、杂波抑制电路3.7、脉冲放大电路3.8、整形电路3.9、波形变换电路3.10、数据采集电路4、计算机

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的工作原理作进一步说明。

根据理论研究可知，超声波在两种媒质中传播时，在媒质界面，由于声阻抗相异，超声波在媒质界面产生反射。如图1所示，本发明的超声检测工作原理如下：将超声探头2的声辐射面涂上一层耦合剂，使之与变压器油箱外壳1.1保持紧接触，由超声探头2发射脉冲超声波，脉冲超声波在变压器油箱外壳1.1和变压器油1.4中传播，在高压绕组1.2的表面，或者通过油道1.5，在低压绕组1.3的表面，由于声阻抗相异而产生反射，反射回的脉冲超声波经变压器油1.4和变压器油箱外壳1.1传播至超声探头2，超声探头2接收反射回的脉冲超声波，并将其转换为相应的电脉冲信号，即脉冲超声波的发射波所对应的电脉冲信号和脉冲反射超声波所对应的电脉冲信号，送至检测电路3进行放大处理。

如图2所示，本发明的超声检测装置工作原理如下：

数据采集电路3.10发出一个脉冲信号，经过隔离电路3.1去脉冲触发电路3.2，脉冲触发电路3.2输出一个具有足够功率的触发脉冲，触发高压激励电路3.3产生一个高压脉冲激励超声探头2，超声探头2发出脉冲超声波，脉冲超声波在变压器1中传播，在高压绕组1.2或低压绕组1.3产生反射脉冲声波，反射脉冲声波返回为超声探头2所接收并被转换成电脉冲信号，经过参差式宽频放大器3.4进行放大，并经检波电路3.5进行检波，同时，可借助杂波抑制电路3.6对杂波或噪声干扰进行抑制，电脉冲信号经脉冲放大电路3.7进一步放大之后，经整形电路3.8整形，就得整形脉冲信号。整形脉冲信号由波形变换电路3.9进行波形变换和电平转换，波形变换电路3.9输出的方波信号电平为TTL电平，其方波的上跳沿对应脉冲超声波的发射波前沿，下跳沿对应脉冲反射超声波的前沿，即方波脉冲的宽度对应超声波在变压器1外壳与高压绕组1.2或低压绕组1.3表面之间传播所用的时间。该方波信号传输至数据采集电路3.10输入接口电路，由数据采集电路3.10测出这一时间t，根据相应的计算公式计算出变压器1的高压绕组1.2或低压绕组1.3与变压器1外壳之间的距离。数据采集电路3.10将这一数据经过通信接口送至计算机4，当移动超声探头2将变压器1的外壳表面沿X-Y方向全部扫描完后，就可就得一组关于高压绕组1.2或低压绕组1.3与变压器1外壳之间的距离数据，计算机4通过对数据进行处理之后，在计算机4显示屏上显示出高压绕组1.2或低压绕组1.3的平面展开图，实际反映出绕组变形的部位、形状和大小。

本发明的实施例：一台110kV电力变压器绕组变形超声检测装置。

超声探头由PZT-5压电陶瓷晶片构成，晶片振荡频率为1.2MHz，振动模式为厚度振动式。

隔离电路3.1，脉冲触发电路3.2，高压激励电路3.3，参差式宽频放大器3.4，检波电路3.5，杂波抑制电路3.6，脉冲放大电路3.7，整形电路3.8，波形变换电路3.9由模拟电子电路和数字电路组成。数据采集电路3.10由单片机系统构成，通过计算机4软件编程，进行数据处理，绕组变形平面展开图形绘制和变形大小的数字显示。

脉冲触发电路3.2，高压激励电路3.3由电子电路组成，产生一个600V的直流高压，激励超声探头2产生一个频率为1.2MHz衰减振荡的脉冲超声波。

参差式宽频放大器3.4由预放大器和三级叁差式放大器构成，其频带宽度为5MHz。

波形变换电路3.9由双J-K触发器构成，选用器件为MC14027B。

数据采集电路3.10由以80C32CPU为核心的单片机系统构成，数据存贮器RAM的内存为16K。

单片机与计算机之间采用RS-232串行通信接口进行数据传输。

Claims (4)

1.一种变压器绕组变形超声检测方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(1)将超声检测装置的超声探头(2)声辐射面涂上一层耦合剂，使之与变压器(1)的外壳表面保持紧接触；

(2)由超声探头(2)发出频率为1.0～2.0MHz的脉冲超声波，在变压器油箱外壳(1.1)、变压器油(1.4)中传播，并在高压绕组(1.2)或低压绕组(1.3)的表面产生反射脉冲超声波回波；

(3)测量出脉冲超声波在变压器油箱外壳(1.1)表面与高压绕组(1.2)或低压绕组(1.3)之间传播所需时间t；

(4)在步骤(3)的基础上，根据超声波在油中传播的速度(c)计算出变压器油箱外壳(1.1)与高压绕组(1.2)或低压绕组(1.3)之间的距离，即： $L=\frac{1}{2}\mathrm{ct}+\mathrm{\ΔL}$ 式中：L-变压器外壳表面与高压绕组或低压绕组之间的距离(m)；

c-脉冲超声波在变压器油中的传播速度(m/s)；

t-脉冲超声波在变压器外壳表面与高压绕组或低压绕组经钢板和变压器油传播往返所需时间(s)；

ΔL-变压器油箱外壳钢板厚度(m)。

(5)根据步骤(1)、(2)、(3)和(4)，将超声探头(2)，沿X-Y方向扫描变压器油箱外壳(1.1)，即可获得高压绕组(1.2)或低压绕组(1.3)与变压器油箱外壳(1.1)的一组距离数据；

(6)由计算机绘出高压绕组(1.2)或低压绕组(1.3)的平面展开图形；

(7)将测量并计算出的距离数据在绕组展开平面图形相应位置上用光滑曲线连接，显示绕组变形几何形状和部位；

(8)移动鼠标至绕组平面展开图形相应位置，即可在数据框显示出该位置的变形数据。

2.一种变压器绕组变形超声检测装置，由超声探头(2)、检测电路(3)以及计算机(4)所构成，其特征在于：所述检测电路(3)由隔离电路(3.1)，脉冲触发电路(3.2)，高压激励电路(3.3)，参差式宽频放大器(3.4)，检波电路(3.5)，杂波抑制电路(3.6)，脉冲放大电路(3.7)，整形电路(3.8)，波形变换电路(3.9)，数据采集电路(3.10)所构成；其中：

数据采集电路(3.10)的接口电路输出连接隔离电路(3.1)的输入端，隔离电路(3.1)的输出端连接脉冲触发电路(3.2)的输入端，其输出端连接高压激励电路(3.3)的输入端，高压激励电路(3.3)的输出端分别连接超声探头(2)和参差式宽频放大器(3.4)的输入端，参差式宽频放大器(3.4)的输出端连接检波电路(3.5)的输入端，其输出端连接杂波抑制电路(3.6)的输入端，其输出端连接脉冲放大电路(3.7)的输入端，其输出端连接整形电路(3.8)的输入端，整形电路(3.8)的输出端连接波形变换电路(3.9)的输入端，其输出端连接数据采集电路(3.10)的输入接口电路，数据采集电路(3.10)通过通信接口连接到计算机(4)的通信接口。

3.根据权利要求2所述的变压器绕组变形超声检测装置，其特征在于：所述的检测电路(3)由集成电路和单片机所构成。

4.根据权利要求2所述的变压器绕组变形检测装置，其特征在于：所述的脉冲触发电路(3.2)、高压激励电路(3.3)和超声探头(2)配合，产生一种衰减振荡波，振荡频率为1.0MHz～2.0MHz。

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