变压器内部结构探测装置的制作方法

本实用新型涉及变压器内部故障位置探测技术领域，是一种变压器内部结构探测装置。

背景技术：

目前,变压器是高压电力设备中最重要的设备之一，是电力运行的核心设备，变压器在运行过程中由于震动或其他外界环境的影响，可能会造成紧固件松动甚至脱落、不可避免要遭受各种故障短路电流的冲击。

更进一步的，当短路故障发生在变压器出口或附近时，变压器内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等变形现象，甚至导致突发性损坏事故，严重威胁变压器及电网的安全运行。若出现上述情况，仅仅通过检修工作人员在实际应用中的技术经验，针对变压器内部故障分析判断的难度较高，很难准确判断变压器的故障严重程度和故障位置。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种变压器内部结构探测装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的变压器故障检修时，因没有针对变压器内部结构的探测设备辅助判断故障位置，使维修工作存在费时费力、施工效率较低、存在安全隐患的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种变压器内部结构探测装置，包括便携式手持机和超声波收发一体探头，所述便携式手持机包括壳体，安装在壳体内的电源、超声发射器、ad采集模块、控制模块、存储器以及固定在壳体外表面上的人机交互界面，控制模块的第一输出端与超声发射器的输入端连接，所述超声发射器的输出端分别与超声波收发一体探头输入端和ad采集模块第一输入端连接，超声波收发一体探头的输出端和ad采集模块的第二输入端连接，ad采集模块的输出端、电源的输出端均与控制模块对应的输入端连接，控制模块与人机交互界面、存储器双向连接。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述超声发射器内置有超声驱动模块，所述超声驱动模块包括高速开关器和模拟放大电路，控制模块的输出端与高速开关器连接，高速开关器通过模拟放大电路与超声波收发一体探头连接。

上述控制模块包括由多个上拉电阻构成的上拉电阻组、晶振电路和单片机，在电源与单片机的各接口之间均连接上拉电阻，晶振电路与单片机连接，所述单片机接收ad采集模块发送的数据、向超声驱动模块和人机交互界面发送控制命令，以及接收人机交互界录入的数据信息。

上述ad采集模块包括a/d转换单元、用于数据缓冲的高频转换单元和数据缓存器，a/d转换单元的输入端分别与模拟放大电路和超声波收发一体探头，a/d转换单元、高频转换单元和数据缓存器依序连接，数据缓存器的输出端与控制模块的对应输入端连接。

上述壳体的上端部固定有与超声发射器连接的bnc接头，超声波收发一体探头的尾部连接有bnc接头，超声波收发一体探头与便携式手持机之间通过bnc接头连接。

上述所述人机交互界面包括显示屏和按键键盘，显示屏固定在壳体的前面上部，按键键盘包括选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮测试/回读键和开始/停止键，所述选择/目录键、上键按钮、下键按钮、左键按钮、右键按钮、测试/回读键和开始/停止键由上至下依序排列固定在壳体的前面下部。

本实用新型使用时需要在变压器外壳上涂抹耦合剂，然后将超声波收发一体探头吸附到变压器外壳上，探头与便携式手持机用同轴电缆连接，打开便携式手持机，通过人机交互界面手动对变压器的名称、位置编号进行记录，最后，通过超声波收发一体探头开始探测该点的内部发射结构位置，并显示到人机交互界面上，实现对变压器内部的线圈绕组位置、电块位置和线束位置等位置偏移的距离等相关的测量检测。

附图说明

附图1为本实用新型的使用状态示意图。

附图2为本实用新型的便携式手持机的主视结构示意图。

附图3为本实用新型的电路控制框图。

附图4为本实用新型的超声驱动模块的电路图。

附图5为本实用新型的控制模块的电路图。

附图6为本实用新型的ad采集模块的电路图。

附图中的编码分别为：1为超声波收发一体探头，2为壳体，3为变压器油箱壁，4为bnc接头，5为显示屏，6为选择/目录键，7为上键按钮，8为下键按钮，9为左键按钮，10为右键按钮，11为测试/回读键，12为开始/停止键，13为线圈绕组，14为同轴电缆，u1为高速开关器，u2为单片机，u5为a/d转换单元，u6为数据缓存器，u31和u41均为高频转换单元。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1、2、3所示，该变压器内部结构探测装置，包括便携式手持机和超声波收发一体探头1，所述便携式手持机包括壳体2，安装在壳体2内的电源、超声发射器、ad采集模块、控制模块、存储器以及固定在壳体2外表面上的人机交互界面，控制模块的第一输出端与超声发射器的输入端连接，所述超声发射器的输出端分别与超声波收发一体探头1输入端和ad采集模块第一输入端连接，超声波收发一体探头1的输出端和ad采集模块的第二输入端连接，ad采集模块的输出端、电源的输出端均与控制模块对应的输入端连接，控制模块与人机交互界面、存储器双向连接。

本实用新型使用时，可将超声波收发一体探头1采用磁吸附方式安装于变压器油箱壁3上。超声波收发一体探头1安装于变压器油箱壁3正对线圈绕组13的位置，向变压器内部发射并回收高频超声波信号，对变压器内部的线圈绕组13位置、电块位置和线束位置等位置偏移的距离等相关的测量检测。

可根据实际需要，对上述变压器内部结构探测装置作进一步优化或/和改进：

如附图3、4所示，超声发射器内置有超声驱动模块，所述超声驱动模块包括高速开关器和模拟放大电路，控制模块的输出端与高速开关器u1连接，高速开关器u1通过模拟放大电路与超声波收发一体探头1连接。

在附图4中，高速开关器u1的输入接口ch1+和ch1-分别连接至控制模块的第一输出端，模拟放大电路的输出接口p_out1连接至超声波收发一体探头1，高速开关器u1用于接通超声驱动模块，模拟放大电路用于实现高压放大和电流放大。

如附图3、5所示，控制模块包括由多个上拉电阻构成的上拉电阻组、晶振电路和单片机u2，在电源与单片机u2的各接口之间均连接上拉电阻，晶振电路与单片机u2连接，所述单片机u2接收ad采集模块发送的数据、向超声驱动模块和人机交互界面发送控制命令，以及接收人机交互界录入的数据信息。

在附图5中，u2为单片机，rl11至rl18构成上拉电阻组，rxd和txd分别连接至人机交互界面。单片机u2的p00至p27接口分别连接至ad采集模块，x1、x2和reset接口分别连接至晶振电路，t0和t1分别连接至超声驱动模块。

本实用新型的单片机为现有公知技术，可为常用的89c51等型号的单片机。模拟放大电路可以是由二极管、电容和电阻构成，用于实现高压信号和电流信号的放大。晶振电路可由电容、电阻和晶振构成，晶振电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，确保单片机的指令正常执行，该晶振电路的提供的时钟频率越高，单片机的运行速度越快。

如附图3、6所示，ad采集模块包括a/d转换单元u5、用于数据缓冲的高频转换单元和数据缓存器，a/d转换单元u5的输入端分别与模拟放大电路和超声波收发一体探头1，a/d转换单元u5、高频转换单元和数据缓存器u6依序连接，数据缓存器u6的输出端与控制模块的对应输入端连接。

在附图6中，u5为a/d转换单元，u6为数据缓存器，u31和u41均为高频转换单元，a/d转换单元u5的序号为31、32接口分别连接至超声波收发一体探头，数据缓存器u6的序号为20至53接口分别连接至单片机u2的对应输入端连接。

如附图1、2所示，壳体2的上端部固定有与超声发射器连接的bnc接头4，超声波收发一体探头1的尾部连接有bnc接头4，超声波收发一体探头1与便携式手持机之间通过bnc接头4连接。

本实用新型根据需求，超声波收发一体探头1尾端的bnc接头4和壳体2的上端部固定的bnc接头4之间可使用同轴电缆14相连接。

如附图1、2所示，所述人机交互界面包括显示屏5和按键键盘，显示屏5固定在壳体2的前面上部，按键键盘包括选择/目录键6、上键按钮7、下键按钮8、左键按钮9、右键按钮10、测试/回读键11和开始/停止键12，按键键盘包括选择/目录键6、上键按钮7、下键按钮8、左键按钮9、右键按钮10、测试/回读键11和开始/停止键12由上至下依序排列固定在壳体2的前面下部。

以上技术特征构成了本实用新型的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本实用新型的工作过程：包括以下步骤：

s1：将超声波收发一体探头1与变压器外壳之间涂抹耦合剂，使超声波收发一体探头1连接到变压器外壳上；

s2：按下便携式手持机的开始测试/回读键11，控制模块发出控制信号，控制启动超声发射器，产生发射脉冲，同时控制模块开始计时；

s3：超声发射器产生脉冲的同时，启动ad采集模块，开始采集超声波收发一体探头1发送的反射信号；

s4：控制模块接收到ad采集模块处理后的反射信号，停止计时；根据超声发射和接收的时间差，计算出变压器内部的反射物到外壳的距离，公式如下：

d＝(△t×c)/2

其中，d为反射物到外壳的距离，单位：m，△t为发射到接收到信号的时间差，单位：s，c为超声在变压器油中的传播速度，单位：m/s；

s5：便携式手持机的显示屏启动，反射物的距离显示到显示屏上，并保存到存储器中；

s6：通过按下数据测试/回读键11，调取历史数据，观察对比获得的实时反射物是否有位置变化，以指导维修工作。

上述s4中的超声在变压器油中的传播速度为定值：取值为1500m/s。