一种基于超声波传感器的变压器局部放电位置检测装置的制作方法

1.本实用新型属于变压器局部放电的检测设备领域，具体说是一种基于超声波传感器的变压器局部放电位置检测装置。


背景技术：

2.变压器是国家能源传输系统中最重要的设备之一，变压器的稳定运行影响了整个电网的安全运行，也关系到国家能源战略的安全。任何变压器微小的故障，由于变压器本身的高电压运行环境，如果没有得到及时解决，很容易酿成重大事故。事实上，多年以来由于变压器故障未能及时排除而造成电网停电，人员伤亡等严重后果，从而带来重大经济损失的事故层出不穷。其中，变压器阀侧出线装置局部放电故障就是变压器运行过程中一种比较常见而且危害较大的故障类型。局部放电是指变压器绝缘在内部强电场作用下局部范围内发生了放电，但是仅造成导体间的绝缘局部短路或桥接而没有完全被击穿。局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因之一，也是绝缘劣化的重要特征。
3.传统电声定位装置或是声声定位方案，忽略了传感器位置部署，虽然可以检测到局部放电位置的声信号，但是很多局部放电点位置不在超声波传感器准确测量范围内，导致现有局部放电超声波定位装置测得的局部放电位置的误差较大，使得局部放电位置定位准确率较低。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于超声波传感器的变压器局部放电位置检测装置，以解决现有设备检测变压器内部的局部位置检测精度低的问题。
5.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于超声波传感器的变压器局部放电位置检测装置，包括：设置在变压器上的手孔盖板、人孔盖板、超声波传感器、监测单元以及监控主机；
6.所述超声波传感器有多个，分别通过手孔盖板或人孔盖板设于变压器外壁上内，每个所述超声波传感器均通过通信线缆与监测单元连接；
7.所述监测单元还经通信线缆与监控主机连接。
8.所述超声波传感器为超声波局放传感器。
9.还包括设于手孔盖板内的uhf局放传感器。
10.所述人孔盖板设于变压器的四个侧壁上，且每个侧壁均设有若干人孔盖板；
11.在变压器的高压套管升高座与变压器顶面外壁之间设有手孔盖板a；
12.变压器的底面外壁安装有升高座，底面外壁与升高座之间设有手孔盖板b；
13.所述手孔盖板a和手孔盖板b均为一个或多个，且手孔盖板a和手孔盖板b数量相同。
14.所述人孔盖板通过法兰接口设置超声波局放传感器，所述手孔盖板a和手孔盖板b中，其中一个手孔盖板内设有uhf局放传感器，另一个手孔盖板设有超声波局放传感器。
15.分别位于相对两侧外壁上的两个超声波传感器位置对应。
16.对于每个外壁，所述外壁上的两个传感器位于该外壁水平中心线上，且相对于与水平中心线垂直的中心线对称。
17.本实用新型具有以下有益效果及优点：
18.1.本实用新型通过人孔盖板和手孔盖板的设计，使超声波传感器方便安装以及拆卸简化；
19.2.本实用新型使用超声波局放传感器和uhf传感器均外置盖板上，避免了在变压器箱体上开孔；
20.3.本实用新型对传感器的设置在于传感器的内表面与变压器箱体外壁平齐，保证了变压器运行安全；
21.4.本实用新型对传感器部署位置按照对应外壁沿多条中心线对称的方式，扩大到超声波传感器的检测范围覆盖于当前的现有设备无法检测的位置，进而降低了局部放电位置的误差。
附图说明
22.图1为本实用新型超声波传感器部署位置示意图；
23.图2为本实用新型人孔盖板安装示意图；
24.图3为本实用新型的高压套管升高座手孔盖板安装示意图；
25.图4为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
29.如图4所示，为本实用新型的整体检测装置的结构示意图，其中，包括设置在变压器上的手孔盖板、人孔盖板、超声波传感器、监测单元以及监控主机；
30.超声波传感器有多个，分别通过手孔盖板或人孔盖板设于变压器外壁上，每个超声波传感器均通过通信线缆与监测单元连接；监测单元还经通信线缆与监控主机连接。
31.盖板、传感器、监测单元均安装在变压器本体上，实现变压器的一体化设计安装，不在变电设备现场额外立柜，同时可以实现变电设备在出厂试验时进行状态监测。
32.(1)盖板：包括人孔盖板和手孔盖板，均为传感器的安装载体，在其上集成超声波传感器后通过螺栓安装在变压器类设备的预留接口法兰上。
33.(2)超声波传感器：实现变压器类设备状态监测的感知元件和实现监测功能所需
的终端元件，其安装在盖板上，且与检测单元连接，具体包括：uhf传感器、超声波局放传感器，用于将传感器数据发送至监测单元。
34.(3)监测单元：为传感器数据的采集、转换、本地存储单元，其安装在变压器类设备的本体端子箱内，通过有线通信方式与传感器连接，为传感器提供工作电源和进行传感器信号采集。监测单元的工作电源由端子箱内部供电回路提供，并通过有线或无线通信方式与变电站内监控主机通信。
35.(4)上位机软件：安装在变电站内的监控主机上，接收监测单元上送的传感器数据，进行实时数据分析、计算、远端存储、展示。通过计算分析出变压器类设备的局部放电类型、局部放电位置、振动信号响应频率和响应幅值，并存入数据库形成图谱、图形或历史曲线，最终显示测试结果。
36.本实用新型的监测单元采用数学滤波，对接收到的超声波信号进行滤波。由于已知局部放电产生的超声波中心频率在70khz
‑
120khz，变压器阀侧出线装置局部放电监测定位装置采用带通滤波器对超声波信号进行滤波。
37.局放传感器布置应保证对变压器内部(包含阀侧出线装置)任何位置发生的局部放电都能够被有效检测。在此前提下，超声波传感器安装时可以利用变压器人孔盖板和手孔盖板安装局部放电超声波传感器和uhf特高频传感器，避免了在变压器箱体上开孔。
38.如图2所示，为本实用新型人孔盖板安装示意图，人孔盖板设于变压器的四个侧壁上，且每个侧壁均设有若干人孔盖板；人孔盖板通过法兰接口设置超声波局放传感器。盖板内表面与变压器绝缘油直接接触，因此，适合在盖板上安装外置式传感器，为保证变压器运行安全，传感器内表面与油箱内壁平齐。
39.如图3所示，为本实用新型的高压套管升高座手孔盖板安装示意图，在变压器的高压套管升高座与变压器顶面外壁之间设有手孔盖板a；变压器的底面外壁安装有升高座，底面外壁与升高座之间设有手孔盖板b；手孔盖板a和手孔盖板b只有一个设置uhf局放传感器。
40.高压套管升高座手孔盖板安装后，盖板通过与其连接的封板与变压器绝缘油接触，因此，适合在盖板上安装外置式传感器，即uhf传感器。
41.通过上述对变压器类设备油箱人孔(工艺放油孔)和升高座手孔盖板结构特点，可根据需求，在变压器人孔盖板和升高座盖板上可分类集成不同的监测功能。
42.如图1所示，本实用新型对超声波传感器的部署，提高了现有传统电声定位方法的精度，在相对两侧外壁上的两个超声波传感器位置对应。对于每个外壁，变压器外壁上的两个传感器位于该外壁水平中心线上，且相对于与水平中心线垂直的中心线对称。
43.变压器发生局部放电，往往还会伴随着电荷迁移、电磁辐射、光辐射、超声波、绝缘介质反应2等物理现象。据研究局部放电过程中产生的超声波频率一般在40khz
‑
300khz之间3,通常选择在变压器壁上安装超声波传感器进行监测接收。超声波在油(25℃)中传播速度为1324m/s，在铁中约为5200m/s。现有局部放电定位方法忽略了超声波在铁和油中传播速度的差异，对局部放电定位产生巨大误差。
44.对超声波传感器的部署位置进行验证：
45.如图1对对超声波传感器进行部署，在相对两侧外壁上的两个超声波传感器位置对应。对于每个外壁，变压器外壁上的两个传感器位于该外壁水平中心线上，且相对于与水
平中心线垂直的中心线对称。
46.如果局部放电位置发生在如图1所示此截面的多边形j1,j2,j3,j4(弧线围成的图形)、多边形k1,k3,j3(弧线围成的图形)、多边形k2,k4,j4(弧线围成的图形)内，按照传统电声定位虽然可以检测到局部放电信号，但超声波传感器无法区分多种传播路径到达时间的差异，导致检测不准确。
47.对于局部放电点位置，由于变压器为立体结构，因此，该局部放电位置为三维图形，对应的区域体积为4个多边形k2,k4,j4绕顶点j4，及k2,k4中点连线形成的立体图形中。
48.本实用新型取三个截面(xy截面，yz截面及xz截面)共计12个超声波传感器，实现变压器全覆盖，s1,k1,j3,j1，s2,k2,j4,j1，s3,k3,j3,j2，s4,k4,j4,j2为：在此变压器截面中，四个围成传感器准确测量范围的扇形顶点。且结构设计相对统一的方式，对各截面的每4个超声波传感器中各选1个最先接收到超声波信号的传感器，获取局部放电精准定位，即根据三个截面中，每四个围成传感器准确测量范围的扇形顶点以及整体变压器体积；
49.本实施例中，对应的截面的区域体积内的4个多边形k2,k4,j4绕顶点j4，及k2,k4中点连线形成的立体图形与整体变压器体积商，作为局部放电位置的准确度，本实施例的准确率为93.2％，因此，本实用新型中超声波传感器的部署满足要求。
50.本实用新型的工作原理如下：
51.根据超声波传感器的部署条件，首先在变压器上安装人孔盖板和手孔盖板，然后在人孔盖板和手孔盖板上集成超声波传感器后通过螺栓安装在变压器类设备的预留接口法兰上，超声波传感器将传感器数据发送至监测单元，监测单元传感器数据的采集、转换、并本地存储，通过有线或无线通信方式与变电站内监控主机通信，安装在变电站内的监控主机接收到监测单元上送的传感器数据，进行实时数据处理。