一种高动态响应的油流速度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种油流速度测量装置，尤其涉及一种对管道中流速突变的绝缘油进行高动态响应测量的测量装置。
【背景技术】
[0002]油浸式电力变压器和电抗器是目前电力系统广泛使用的高压设备，气体继电器保护也称重瓦斯保护则是油浸式电力变压器发生内部故障时最重要的一种保护措施。近年来各电力企业时常发生由于油浸式电力变压器本体瓦斯保护误动而引起变压器跳闸的故障，使电力系统和变压器可靠性运行水平和电力用户供电可靠性都受到影响。鉴于瓦斯保护装置对反映变压器绕组匝间短路或内部绝缘电弧的故障高度灵敏性和重要作用，一旦误动必须彻底查清误动原因，油浸式电力变压器本体无故障后方可投运，从而增加了大量现场工作，因此必须采取措施杜绝瓦斯保护误动。
[0003]油浸式电力变压器中瓦斯继电器的重瓦斯保护是依靠变压器本体内部的绝缘油向油枕涌动实现的，当变压器箱体内压力升高时，绝缘油向油枕涌动时将冲击瓦斯继电器内部的挡板，当达到一定速度，挡板承载压力超过整定值设置压力时，触点闭合。由此可见，管道内的绝缘油流速情况直接反应了瓦斯继电器挡板所承受油流压力的大小，绝缘油流的流速大小和挡板压力成比例关系，因此，对研宄管道油流速度的大小有很重要的意义，它对解决在现场应用中某些瓦斯误动，重瓦斯整定值的设置非常有帮助。
[0004]超声波流速计是利用超声波换能器产生超声波在测量介质中传播，来检测被测介质流体对波束传输时间的影响来达到检测目的的一种检测设备。目前以超声波为原理的流量计种类很多，技术也比较成熟，他们都具有流速测量功能，通过与测量管径换算成流量，这些流量计大都采用时差法原理，但根据时间差的测量方法的不相同，又细分为多脉冲时差法、频差法、相位差法等，还有使用专用时间测量芯片测时间的。这些测量方法的不同最终都归结为对时间差的测量的不同，因为如果流速计要达到足够的测量精度，就需要对事件时间间隔有足够的分辨率，就是说要能测的准更小的时间，常规的应用场合中，超声波测量的传递距离大都在200mm以内，声速在1400m/s左右。如果要达到千分之五的精度，就需要测量系统对时间的分辨率要达到1ps左右。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种高动态响应的油流速度测量装置，能够对油浸式电力变压器本体管道中的绝缘油流进行高动态响应的油流速信号采集，能够保证超声波信号在发出但未通过连接管道和流体时相位完全一致，使被测数据有最小的固有误差，避免现有采用单声道的流速计时需要频繁切换收发传感器的缺陷；本实用新型所采集的信号存储于处理模块内，能够为后续的分析提供技术支持，为解决浸式电力变压器的瓦斯误动和重瓦斯整定值的设置提供帮助。
[0006]本实用新型采用下述技术方案:
[0007]一种高动态响应的油流速度测量装置，包括通过Z法安装在管道两侧的两套相同的超声波换能器装置，两套超声波换能器装置的驱动信号输入端连接同一个驱动信号产生装置，两套超声波换能器装置的信号输出端分别连接处理装置的信号输入端，所述的处理装置包括分别连接两套超声波换能器装置信号输出端的第一滤波模块和第二滤波模块，第一滤波模块通过第一运算放大器连接模数转换模块的第一输入端，第二滤波模块通过第二运算放大器连接模数转换模块的第二输入端，模数转换模块的信号输出端连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端连接显示模块。
[0008]所述第一滤波模块和第二滤波模块采用低通滤波器。
[0009]所述模数转换模块采用同步采样模数转换器。
[0010]所述处理模块的信号输入端连接按键输入模块。
[0011]本实用新型采用超声波原理，利用Z法安装在管道两侧的两套相同的超声波换能器装置实现双声道同步测量，两套超声波换能器装置的驱动信号由同一个驱动信号产生装置发送，能够保证超声波信号在发出但未通过连接管道和流体时相位完全一致，使被测数据有最小的固有误差，避免现有采用单声道的流速计时需要频繁切换收发传感器的缺陷，克服了非同步测量正反两方向流速信号的微小时间差所存在的弊端。本实用新型中单次测量计算周期在1ms内，采样数据输出速度大于每秒钟100次，与普通的超声波流速计相比在实时性和转换速度上有很大的提高，通过高采样速度实现对故障期内油流变化过程的动态扑捉，具有动态响应高、采样时间短和采样率高的优点，为解决浸式电力变压器的瓦斯误动和重瓦斯整定值的设置提供帮助。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的安装结构示意图；
[0013]图2为本实用新型的原理框图。
【具体实施方式】
[0014]如图1和图2所示，本发明所述的高动态响应的油流速度测量装置，包括通过Z法安装在管道I两侧的两套相同的超声波换能器装置2，两套超声波换能器装置2的驱动信号输入端连接同一个驱动信号产生装置3，两套超声波换能器装置2的信号输出端分别连接处理装置的信号输入端，所述的处理装置包括分别连接两套超声波换能器装置2信号输出端的第一滤波模块4和第二滤波模块5，第一滤波模块4通过第一运算放大器6连接模数转换模块8的第一输入端，第二滤波模块5通过第二运算放大器7连接模数转换模块8的第二输入端，模数转换模块8的信号输出端连接处理模块9的信号输入端，处理模块9的信号输出端连接显示模块10，处理模块9的信号输入端连接按键输入模块。本实施例中，驱动信号产生装置3可采用超声波驱动电路；驱动信号采用IMHz标准正弦信号，幅度大约1V左右。正弦信号产生过程为:首先由晶振分频产生IMHz方波，然后将IMHz方波注入低通滤波器，最后由LT1026驱动产生1V左右正弦信号。第一滤波模块4和第二滤波模块5可米用低通滤波器；所述模数转换模块8采用同步采样模数转换器，如ADI公司的AD6659。处理模块9可采用TI公司DSP器件，如DSP28335。
[0015]本发明中，两套相同的超声波换能器装置2内部均集成有超声波接受和发射两部分，由于变压器本体与油枕之间的连接管道I 一般为DN80管径，所以在安装超声波换能器装置2时选用Z法安装，Z法安装属于本领域的常规技术。如图1所示，Z法安装在连接管道I两侧的超声波换能器装置2同时发出同频同相的超声波信号，超声波信号在连接管道I中传递并携带流速信息到达对面设置的超声波换能器装置2，并由对面设置的超声波换能器装置2接收还原为电信号。分别设置在连接管道I两侧的超声波换能器装置2既能发出超声波又能接受超声波，这样能够保证发出的超声波在顺流和逆流时有几乎一致的传输路径。在测量时两套超声波换能器装置2由同一个驱动信号产生装置3驱动，超声波信号顺流和逆流是同时传递的，能够保证超声波传递从出发点开始传输时，两路超声波是同相位的。这样，再通过对两套超声波换能器装置2接收的电信号进行同步采样，能够确保两个电信号只有流速引起的相位差异。本发明中两套超声波换能器装置2分别还原出所接收的两路带有流速信息的电信号，由于顺流逆流传输的原因，将会导致两路电信号的相位差异，两路电信号除相位有差异外其他信息均相同。虽然也存在固有的由传输路径的引起的差异，但可以通过算法进行修正，无需像采用单声道的流速计时需要频繁切换收发传感器以获得顺流逆流数据。
[0016]两套超声波换能器装置2所还原出的两路电信号，一路为顺流超声电信号，另外一路为逆流超声电信号。如图1所示，为削弱噪声信号对被测信号影响，还原的两路电信号分别进入第一滤波模块4和第二滤波模块5，滤波模块采用sallen-key拓扑架构的低通滤波器，能够滤除高频分量，保证了后续的处理电路不受混叠效应的影响，后续处理中通过DFT算法能计算出精确的相位信息。本发明设置有模拟滤波器，根据驱动信号的频率特性，第一滤波模块4和第二滤波模块5输出的电信号分别通过第一运算放大器6和第二运算放大器7进入模数转换模块8，模数转换模块8采用同步采样模数转换器，如ADI公司的AD6659，具有12位的分辨率和两路独立的转换通道，最大转换速率可达80MSPS，采样速率可调，模拟输入带宽可到700MHZ，输入电压范围可达2Vp-p的差分信号，可以很好地满足系统需求。
[0017]两路电信号使用同步采样的方法完成采样，采样控制由处理模块9实现，保证对两路电信号等间隔分频，减小由频谱泄露造成的计算误差，采样时间和驱动信号的发出时间由GPS时间进行同步，以保证本发明所述的油流速度测量装置的系统时间与电力系统时间一致，这样输出数据可与采集的电压电流或其他非电量数据进行同步比对。
【主权项】
1.一种高动态响应的油流速度测量装置，其特征在于:包括通过Z法安装在管道两侧的两套相同的超声波换能器装置，两套超声波换能器装置的驱动信号输入端连接同一个驱动信号产生装置，两套超声波换能器装置的信号输出端分别连接处理装置的信号输入端，所述的处理装置包括分别连接两套超声波换能器装置信号输出端的第一滤波模块和第二滤波模块，第一滤波模块通过第一运算放大器连接模数转换模块的第一输入端，第二滤波模块通过第二运算放大器连接模数转换模块的第二输入端，模数转换模块的信号输出端连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端连接显示模块。2.根据权利要求1所述的高动态响应的油流速度测量装置，其特征在于:所述第一滤波模块和第二滤波模块采用低通滤波器。3.根据权利要求2所述的高动态响应的油流速度测量装置，其特征在于:所述模数转换模块采用同步采样模数转换器。4.根据权利要求3所述的高动态响应的油流速度测量装置，其特征在于:所述处理模块的信号输入端连接按键输入模块。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高动态响应的油流速度测量装置，包括通过Z法安装在管道两侧的两套相同的超声波换能器装置，超声波换能器装置的驱动信号输入端连接同一个驱动信号产生装置，超声波换能器装置的信号输出端分别连接处理装置的信号输入端，处理装置包括第一滤波模块和第二滤波模块，第一滤波模块通过第一运算放大器连接模数转换模块的第一输入端，第二滤波模块通过第二运算放大器连接模数转换模块的第二输入端，模数转换模块的信号输出端连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端连接显示模块。本实用新型具有动态响应高、采样时间短和采样率高的优点，为解决浸式电力变压器的瓦斯误动和重瓦斯整定值的设置提供帮助。
【IPC分类】G01P5/24
【公开号】CN204666653
【申请号】CN201420744709
【发明人】吴春红, 赵文沛, 石光, 关延伟, 韩伟, 罗海冰, 赵勇, 赵军, 杨海晶, 刘磊, 孔圣立, 马伟东, 刘予丹, 沈强, 王懿, 王心研
【申请人】国网河南省电力公司电力科学研究院, 上海铱控自动化系统工程有限公司, 国家电网公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年12月3日