变压器局部放电压差式矢量传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及变压器检测技术领域，特别是一种用于检测变压器油中局部放电 位置的传感器。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济发展，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。变压器在长时间的运行 过程中由于绝缘老化、过电压或者变压器绝缘层结构不均匀等问题，容易导致局部绝缘性 能下降，这些绝缘弱化的部位会率先发生各种类型的放电，从而导致绝缘的进一步受损，使 变压器内部发生各种短路故障。如果能在变压器发生局部放电的初期及早发现问题，便可 以对变压器进行及时的维护，从而避免更大事故的发生。
[0003] 自20世纪80年代以来，围绕变压器局部放电检测已有大量的基础研究和应用开发 工作。现有的变压器局部放电定位方法主要有光定位法、电气定位法、特高频电磁波定位 法、X射线激励定位法以及超声波定位法等。其中超声波定位法是根据局部放电产生的超声 波传播的方向和时间来确定放电源的空间位置，由于其原理简单、抗电磁干扰能力强、成本 低、能实现直接几何定位，因此应用较为广泛。
[0004] 传统的方法是将标量声压传感器组成阵列，通过测量超声波到达各个阵元时的相 位差，再利用一定的定向和定位算法实现局放源的定位。标量声压传感器灵敏度很低，无声 场的方位信息，不能确定目标，在声强处理中，各向同性噪声不能相互抵消，信噪比较低;并 且应用在变压器油中检测局放的普通超声定位装置，由于干扰较多，噪声影响较大，声波可 能发生反射，导致检测出与实际不相符的多个局放源的情况，造成定位失败。
[0005] 本申请人的一项在先专利CN 201410414008.2公开了一种变压器局部放电超声矢 量阵列定位装置，该定位装置的超声矢量阵元中包含三个压电式速度传感器和一个无线数 据采集模块，能够实现变压器局部放电位置的准确定位;但是对超声波高频信号的相应效 果较差，并且在制作时要求其重心都必须位于球心上，加上尺寸较小、对密度较高的要求， 导致其制造工艺要求苛刻，不便于量产。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于克服现有技术中缺陷，提供一种制作工艺简单、频率响应 效果好、能够对变压器油局部放电位置进行精确定位的传感器。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
[0008] 变压器局部放电压差式矢量传感器，包括球状架构，所述球状架构内设置有六个 双迭片弯曲压电陶瓷传感器，六个双迭片弯曲压电陶瓷传感器分别通过连接杆固定连接在 球状架构内；六个双迭片弯曲压电陶瓷传感器到球心的距离相等;所述六个双迭片弯曲压 电陶瓷传感器分为三组，每组两个分别通过连接杆位于球状架构的同一直径上，三组双迭 片弯曲压电陶瓷传感器所在直线在空间位置上两两相互垂直;位于双迭片弯曲压电陶瓷传 感器与球状架构的连接杆上设置有用于采集双迭片弯曲压电陶瓷传感器数据并发送出去 的数据采集模块。
[0009] 上述变压器局部放电压差式矢量传感器，所述球状架构至少包括三个固定圆环， 三个固定圆环同圆心且所在平面两两相互垂直;所述连接杆的外端与圆环固定连接。
[0010] 上述变压器局部放电压差式矢量传感器，所述连接杆为细长型长方体杆，连接杆 与双迭片弯曲压电陶瓷传感器之间通过相卡装的凸三棱柱和凹三棱柱连接。
[0011] 上述变压器局部放电压差式矢量传感器，每个双迭片弯曲压电陶瓷传感器分别通 过两根连接杆固定连接在球状架构内，位于球心处的六根连接杆的内端相对接并设置在球 状架构的球心，靠近球状架构外沿的六根连接杆分别固定在球状架构上。
[0012] 上述变压器局部放电压差式矢量传感器，位于水平面上的圆环上还设置有两根固 定杆，两根固定杆垂直相交于球心。
[0013] 上述变压器局部放电压差式矢量传感器，所述圆环、连接杆以及固定杆分别采用 0.15mm厚的娃钢片薄金属片叠压而成。
[0014] 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。
[0015] 本实用新型可直接放置在变压器油中，通过高频载波通信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、制作方便、定位精确的 优点。本实用新型中采用的压差式矢量传感器高频响应效果较好，双迭片弯曲压电陶瓷传 感器无需进行灌封，直接放在变压器油中，能够直接接收到高能量的超声波信号，减轻了因 传播介质的增加而引起的衰减，和其他形式的传感器相比具有显著的高信噪比优势，定位 也更加准确。
[0016] 本实用新型和传统的单个声压传感器相比，信号的输出量是原来的四倍，输出信 息量的增加大大改善了目标方位估计的性能；单个压差式矢量传感器具有方向性，已经可 以实现全方位的方向估计;和同振式矢量传感器相比，压差式矢量传感器的灵敏度随着频 率的增大而增大，因此对于变压器内部超高频的超声波信号的测量，压差式矢量传感器具 有更高的灵敏度，对目标有更高的分辨能力。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构不意图；
[0018] 图2为本实用新型所述双迭片弯曲压电陶瓷传感器与连接杆的连接边界图；
[0019] 图3为本实用新型所述连接杆的结构示意图；
[0020] 图4为本实用新型所述双迭片弯曲压电陶瓷传感器的结构示意图；
[0021 ]图5为本实用新型所述高频载波通信模块的原理示意图；
[0022] 图6为本实用新型在应用过程中的仿真结果图。
[0023] 图1中各标号表示为：1.圆环支架，2.连接杆，21.凸三棱柱，3.双迭片弯曲压电陶 瓷传感器，31.凹三棱柱，4.数据采集模块，5.固定杆。
【具体实施方式】
[0024] 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。
[0025]本实用新型包括球状架构，球状架构内设置有六个双迭片弯曲压电陶瓷传感器3、 六个数据采集模块4以及固定双迭片弯曲压电陶瓷传感器和数据采集模块的连接杆2。球状 架构包括至少三个固定圆环1，三个固定圆环同圆心，且所在平面两两相互垂直;本实施例 中，球状架构包括三个固定圆环，如图1所示。
[0026] 六个双迭片弯曲压电陶瓷传感器3分别通过连接杆2固定连接在球状架构的三个 固定圆环中，六个双迭片弯曲压电陶瓷传感器3到球心的距离相等。六个双迭片弯曲压电陶 瓷传感器分为三组，每组两个分别通过连接杆位于固定圆环的同一直径上，关于球心对称， 三组双迭片弯曲压电陶瓷传感器所在直线在空间位置上两两相互垂直。
[0027] 双迭片弯曲压电传感器由一个圆形金属膜片和一个圆形压电陶瓷片粘接组成，压 电陶瓷片上有银电极，具有谐振阻抗低、易于匹配外部电路、易于施加阻尼、结构简单、性能 稳定的优点。双迭片传感器在外部激励下金属膜片和压电陶瓷片发生形变，呈现弯曲状态， 可以加大压电传感器在受力状态下的变形程度，提高换能灵敏度。
[0028] 本实施例中，每个双迭片弯曲压电陶瓷传感器3分别通过两根连接杆2固定连接在 固定圆环中，连接同一个双迭片弯曲压电陶瓷传感器3的两根连接杆位于圆环的同一条半 径上，因此本实施例中，连接杆共设置12根，其中球心处的六根连接杆2的内端相对接并设 置在球状架构的球心，靠近球状构架外沿的六根连接杆分别固定在固定圆环上。本实施例 中，连接杆2为细长型长方体杆，连接杆2与双迭片弯曲压电陶瓷传感器之间通过相卡装的 凸三棱柱和凹三棱柱连接，且凹三棱柱的夹角大于凸三棱柱夹角，具体如图2所示，以便于 双迭片