CN204044300U - 一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置 - Google Patents
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Abstract
一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，包括箱体，箱体内镶嵌有成直线型排列的至少三个超声矢量阵元；所述超声矢量阵元包括外壳，外壳内设置有无线数据采集模块、三个压电式速度传感器以及定位压电式速度传感器的悬挂杆和连接杆；所述三个压电式速度传感器通过连接杆上下依次连接，三个压电式速度传感器的中心轴线两两相互正交，居中的压电式速度传感器的中心位于外壳的球心。本实用新型可直接放置在变压器油中，通过无线数据采集模块获得变压器油中的局部放电超声信号，进而完成对局部放电源的定位，具有结构简单，体积小、指向性好等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声定位装置技术领域，特别是一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置。
背景技术
随着经济的发展，对电力系统可靠性的要求也越来越高，而变压器作为电力系统中的枢纽，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。在对变压器实际故障的统计分析过程中发现，绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因，而变压器的局部放电则是造成绝缘故障的重要原因，因此局部放电的检测成为绝缘状况检测的重要方面。
变压器局部放电故障的产生和发展将伴随着声发射现象，放电源也就是声发射源。因此，根据被动声测原理对变压器的内部放电予以定位，可将若干个超声探头放置在变压器箱壳上相分离的几个点上，组成声测阵列，测定由声源到各探头的直接波传播时间或各探头之间的相对时差，将这些数据汇总计算从而得出局部放电的位置，实现超声波定位的目的。超声波定位法原理简单，既能实现直接几何定位，并且同时也实现了超声波阵列定位。
但是，目前的超声波阵列定位法在现实应用中存在诸多不足之处。首先，超声波阵列定位法中的传感器是运用传统的标量声压传感器，其各向同性噪声不能相互抵消，灵敏度和信噪比较低；其次，目前研究人员大多通过将阵列固定在电气设备外壁，实现局放超声阵列定位的目的，由于干扰较多，噪声影响较大等原因，局放超声阵列定位在现场应用中受到限制。因此，有必要设计一种简单实用的局部放电定位的超声矢量阵列定位装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，用以对变压器油中局部放电源位置的进行精确定位。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，包括放置在变压器油中的箱体，箱体内镶嵌有成直线型排列的至少三个超声矢量阵元；所述超声矢量阵元包括外壳，外壳内设置有三个压电式速度传感器以及定位压电式速度传感器的悬挂杆和连接杆；所述三个压电式速度传感器通过连接杆上下依次连接，三个压电式速度传感器的中心轴线两两相互正交，居中的压电式速度传感器的中心位于外壳的球心；所述悬挂杆的一端垂直固定在居中的压电式速度传感器的表面，另一端伸出外壳表面并卡装在箱体中，所有悬挂杆均处在同一个与居中的压电式速度传感器轴线相垂直的平面内，上下两个压电式速度传感器的轴线至悬挂杆所在的平面的距离相等。
上述变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，所述悬挂杆为细长型圆柱杆，所有悬挂杆在所处平面内呈中心对称分布。
上述变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，所述箱体为直线型固定箱体，包括对称设置的上半箱体和下半箱体，上半箱体的下端面和下半箱体的上端面设置有容纳超声矢量阵元的半圆孔凹槽，所述半圆孔凹槽的内壁上设置有用于卡装悬挂杆外端的长方体凹槽。
上述变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，所述相邻半圆孔凹槽的中心间距为超声波在变压器油中波长的一半。
上述变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，所述无线数据采集模块位于外壳内中心偏下的位置。
上述变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，所述外壳为环氧树脂球形外壳，环氧树脂球形外壳内填充有若干玻璃微球；所述箱体采用镁锂合金材料制成；整个定位装置的整体平均密度与变压器油的密度相近。
由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得的技术进步效果如下。
本实用新型可直接放置在变压器油中，完成对局部放电源的定位，具有结构简单，体积小等特点。与传统的超声阵列定位装置相比较具有以下特点：1）矢量的输出，测量方法简单，可以改善到达波方向估计性能，提高估计精度；2）具有更好的指向性，可提高空间增益，改善多信号源波达方向估计性能，提高估计精度，可以实现空间降采样，拓宽了频带，有效的抑制栅瓣；3）本实用新型的工作位置为变压器内部的油环境，这样就避免了将阵列固定在电气设备外壁由于干扰较多，噪声影响较而导致的局放超声阵列定位在现场应用中受到限制的现象。本实用新型的箱体的材料选用镁锂合金，可使定位装置的密度与变压器油的密度相近，能吸收冲击能量，减震降噪效果好，还具有良好的屏蔽电磁干扰作用，可常温塑性加工成型，符合本实用新型对于箱体的密度要求；超声矢量阵元的材料选用环氧树脂与玻璃微球的混合物，由于环氧树脂与玻璃微球的混合物具有优异的电绝缘性能和耐电晕性，且其密度与变压器油相近，符合本实用新型工作环境的密度要求。
附图说明
图1为本实用新型所述超声矢量阵元的结构示意图；
图2为实用新型所述直线型固定体的剖视图。
图中各标号表示为：1.压电式速度传感器，2.连接杆，3.悬挂杆，4.外壳，5.圆孔凹槽，6.上半箱体，7.下半箱体，8.长方体凹槽，9.无线数据采集模块。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型包括放置在变压器油中的箱体，箱体内镶嵌有至少三个超声矢量阵元，所有超声矢量阵元成直线型排列在箱体中，形成直线阵列。在本实施例中超声矢量阵元共设置九个。
单个的超声矢量阵元结构如图1所示，包括外壳4，外壳内设置有三个压电式速度传感器1、悬挂杆3以及连接杆2和无线数据采集模块9。本实施例中外壳为球形外壳，球形外壳的主体材料为环氧树脂，环氧树脂的球形外壳中还填充有若干玻璃微球。
本实用新型中的三个压电式速度传感器通过连接杆上下依次连接，三个压电式速度传感器的中心轴线两两相互正交，分别对应X、Z、Y三个坐标轴方向，居中的压电式速度传感器的中心位于外壳的球心。
悬挂杆用于将压电式速度传感器定位在外壳内，本实施例中共设置四根，悬挂杆的形状为细长型圆柱杆。悬挂杆的一端垂直固定在居中的压电式速度传感器的表面，另一端伸出外壳表面并卡装在箱体中，本实施例中悬挂杆伸出外壳表面的一端长度设置为3mm。
本实施例中的四个悬挂杆均处在XY平面内，该XY平面与居中的压电式速度传感器轴线相垂直，四个悬挂杆在所处平面内呈中心对称分布。在本实用新型中，四个悬挂杆均垂直连接在居中的压电式速度传感器的中心，以使上下两个压电式速度传感器的轴线至悬挂杆所在的平面的距离相等。悬挂杆伸出外壳的一端卡装在箱体内，用于定位超声矢量阵元。
本实施例中，用于定位超声矢量阵元的箱体为直线型固定箱体，包括对称设置的上半箱体6和下半箱体7，上半箱体和下半箱体采用涂有绝缘漆的镁锂合金材料制成，上半箱体和下半箱体的长为150mm，宽为20mm，箱体深度为2.05mm。
上半箱体的下端面和下半箱体的上端面设置有容纳超声矢量阵元的半圆孔凹槽，上半箱体的半圆孔凹槽和下半箱体的半圆孔凹槽配装成一个完整的圆孔凹槽5，用于安放超声矢量阵元。在本实施例中，每个半圆孔凹槽的直径为4.1mm，半圆孔深度为2.05mm；相邻半圆孔凹槽的中心间距为超声波在变压器油中波长λ的一半，即相邻半圆孔凹槽的中心间距为12.5mm。
本实用新型中半圆孔凹槽的内壁上设置有长方体凹槽8，与半圆孔凹槽相通，用于卡装悬挂杆的外端，对超声矢量阵元进行定位。本实施例中每个长方体凹槽长度为3mm，长方体凹槽宽与四个悬挂杆宽度相匹配，长方体凹槽深度为1.025mm。直线型固定箱体的结构如图2所示。
本实用新型制作时，首先制备超声矢量阵元，然后将其放置在直线型固定箱体的下半箱体中，再用上半箱体扣装后加以固定即可。本实用新型使用时，直接将其放置在变压器油中即可。
本实用新型的阵列有四路输出，与阵元数相同的声压传感器阵列相比，本实用新型可获得四倍数目的输出信号，从而更加精确的估计阵元间的相位时延，并且单个阵元的输出本身已蕴含了空间目标的方向信息，因此用直线阵即可测量变压器油中局放源的方位角和俯仰角。
对于直线阵，第n个阵元相对于第一个阵元的时延为 。
式一
其中， n=1,2,3…….N，（本实施例中N为9）
d为各个阵元间距，
为俯仰角，
为方位角，
c 为波速，
通过本实用新型直线阵列中各个超声矢量阵元输出的数据信息估计出每个超声矢量阵元的时延，由（N-1）个式一构成方程组，便可求得局放源的方位角和俯仰角，进而对其定位。
Claims (6)
1.一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，其特征在于：包括放置在变压器油中的箱体，箱体内镶嵌有成直线型排列的至少三个超声矢量阵元；
所述超声矢量阵元包括外壳（4），外壳内设置有三个压电式速度传感器（1）以及定位压电式速度传感器的悬挂杆（3）、连接杆（2）以及无线数据采集模块(9)；所述三个压电式速度传感器通过连接杆上下依次连接，三个压电式速度传感器的中心轴线两两相互正交，居中的压电式速度传感器的中心位于外壳（4）的球心；
所述悬挂杆的一端垂直固定在居中的压电式速度传感器的表面，另一端伸出外壳表面并卡装在箱体中，所有悬挂杆均处在同一个与居中的压电式速度传感器轴线相垂直的平面内，上下两个压电式速度传感器的轴线至悬挂杆所在的平面的距离相等。
2.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，其特征在于：所述悬挂杆（3）为细长型圆柱杆，所有悬挂杆在所处平面内呈中心对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，其特征在于：所述箱体为直线型固定箱体，包括对称设置的上半箱体（6）和下半箱体（7），上半箱体的下端面和下半箱体的上端面设置有容纳超声矢量阵元的半圆孔凹槽，所述半圆孔凹槽的内壁上设置有用于卡装悬挂杆外端的长方体凹槽（8）。
4.根据权利要求3所述的一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，其特征在于：所述相邻半圆孔凹槽的中心间距为超声波在变压器油中波长的一半。
5.根据权利要求4所述的一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，其特征在于：所述无线数据采集模块（9）位于外壳内中心偏下的位置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种变压器局部放电超声矢量阵列定位装置，其特征在于：所述外壳（4）为环氧树脂球形外壳，环氧树脂球形外壳内填充有若干玻璃微球；所述箱体采用镁锂合金材料制成；整个定位装置的整体平均密度与变压器油的密度相近。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155586A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-11-19 | 华北电力大学（保定） | 变压器局部放电超声矢量阵列定位装置及其制造方法 |
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2014
- 2014-08-21 CN CN201420473773.7U patent/CN204044300U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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