專利名稱：變壓器繞組變形超聲檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變壓器繞組變形超聲檢測方法及裝置。
(二)技術(shù)背景電力變壓器是電力系統(tǒng)用途最為廣泛且最為關(guān)鍵的元件之一，在電力系統(tǒng)中有著十分重要的地位。而電力變壓器在運(yùn)輸過程中或電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，繞組受到強(qiáng)大的機(jī)械力或電動力沖擊，將會發(fā)生位移或者變形，從而導(dǎo)致繞組絕緣受損，出現(xiàn)事故隱患，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，而將變壓器投運(yùn)，則會燒壞變壓器，發(fā)生大面積停電，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
目前，國內(nèi)外主要是采用電氣試驗(yàn)法和頻譜法檢測電力變壓器繞組變形，這兩種方法各有其特點(diǎn)，在一定的范圍內(nèi)得到了應(yīng)用，并取得了一定的成效。但這兩種方法都是通過判別繞組變形前后電氣參量的變化而間接判斷繞組變形情況，受其檢測原理的限制，再加上繞組變形的部位、大小等復(fù)雜性和隨機(jī)性的影響，要準(zhǔn)確可靠判斷繞組變形的部位和大小是十分困難的，所以，這兩種方法推廣使用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和存在的問題，而提出的一種變壓器繞組變形超聲檢測方法及裝置，即利用脈沖超聲波反射原理，實(shí)現(xiàn)對電力變壓器繞組變形或位移部位和大小的準(zhǔn)確檢測。
本發(fā)明的目的通過下述方法和裝置實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明超聲檢測方法包括下列步驟(1)將超聲檢測裝置的超聲探頭的聲輻射面涂上一層耦合劑，使之與變壓器的外殼表面保持緊接觸；(2)由超聲探頭發(fā)出頻率為1.0～2.0MHz的脈沖超聲波，在變壓器油箱外殼變壓器油中傳播，并在高壓繞組或低壓繞組的表面產(chǎn)生反射脈沖超聲波回波；(3)測量出脈沖超聲波在變壓器油箱外殼表面與高壓繞組或低壓繞組之間傳播所需時(shí)間t
(4)在步驟(3)的基礎(chǔ)上，根據(jù)超聲波在油中傳播的速度c計(jì)算出變壓器油箱外殼與高壓繞組或低壓繞組之間的距離，即L=12ct+ΔL]]>式中L-變壓器外殼表面與高壓繞組或低壓繞組之間的距離(m)；c-脈沖超聲波在變壓器油中的傳播速度(m/s)；t-脈沖超聲波在變壓器外殼表面與高壓繞組或低壓繞組經(jīng)鋼板和變壓器油傳播往返所需時(shí)間(s)；ΔL-變壓器油箱外殼鋼板厚度(m)；(5)根據(jù)步驟(1)、(2)、(3)和(4)，將超聲探頭，沿X—Y方向掃描變壓器油箱外殼，即可獲得高壓繞組或低壓繞組與變壓器油箱外殼的一組距離數(shù)據(jù)；(6)由計(jì)算機(jī)繪出高壓繞組或低壓繞組的平面展開圖形；(7)將測量并計(jì)算出距離數(shù)據(jù)在繞組展開平面圖形相應(yīng)位置用光滑曲線連接，顯示繞組變形幾何形狀和部位；(8)移動鼠標(biāo)至繞組平面展開圖形相應(yīng)位置，即可在數(shù)據(jù)框顯示出該位置的變形數(shù)據(jù)。
本發(fā)明超聲檢測裝置由超聲探頭、檢測電路以及計(jì)算機(jī)所構(gòu)成，所述檢測電路由隔離電路，脈沖觸發(fā)電路，高壓激勵(lì)電路，參差式寬頻放大器，檢波電路，雜波抑制電路，脈沖放大電路，整形電路，波形變換電路，數(shù)據(jù)采集電路所構(gòu)成；其中數(shù)據(jù)采集電路的接口電路輸出連接隔離電路的輸入端，隔離電路的輸出端連接脈沖觸發(fā)電路的輸入端，其輸出端連接高壓激勵(lì)電路的輸入端，高壓激勵(lì)電路的輸出端分別連接超聲探頭和參差式寬頻放大器的輸入端，參差式寬頻放大器的輸出端連接檢波電路的輸入端，其輸出端連接雜波抑制電路的輸入端，其輸出端連接脈沖放大電路的輸入端，其輸出端連接整形電路的輸入端，整形電路的輸出端連接波形變換電路的輸入端，其輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路的輸入接口電路，數(shù)據(jù)采集電路通過通信接口連接到計(jì)算機(jī)的通信接口。
所述的檢測電路采用集成電路或單片機(jī)。
所述的脈沖觸發(fā)電路、高壓激勵(lì)電路和超聲探頭配合，產(chǎn)生脈沖超聲波，該脈沖超聲波為一種衰減振蕩波，振蕩頻率為1.0MHz～2.0MHz。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
①目前所采用的電氣測量的方法，只是一種根據(jù)變壓器電氣參數(shù)發(fā)生變化而間接判斷繞組變形的方法，而本檢測方法則是一種直接檢測繞組變形部位和大小的方法。
②由計(jì)算機(jī)繪出繞組平面展開圖，從平面展開圖上可準(zhǔn)確、直觀地觀察繞組變形的部位，移動鼠標(biāo)指向變形部位可顯示變形的大小。
③根據(jù)需要，可帶電對繞組變形進(jìn)行檢測。
④操作簡便，檢測效率高、直觀、準(zhǔn)確、可靠，對操作人員無特殊要求，稍加培訓(xùn)即可進(jìn)行操作。
⑤成本低，容易推廣。


圖1為超聲檢測原理框圖。
圖2為超聲檢測裝置工作原理。
圖中1、變壓器1.1、變壓器油箱外殼1.2、高壓繞組1.3、低壓繞組1.4、變壓器油1.5、油道2、超聲探頭3、檢測電路3.1、隔離電路3.2、脈沖觸發(fā)電路3.3、高壓激勵(lì)電路3.4、參差式寬頻放大器3.5、檢波電路3.6、雜波抑制電路3.7、脈沖放大電路3.8、整形電路3.9、波形變換電路3.10、數(shù)據(jù)采集電路4、計(jì)算機(jī)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的工作原理作進(jìn)一步說明。
根據(jù)理論研究可知，超聲波在兩種媒質(zhì)中傳播時(shí)，在媒質(zhì)界面，由于聲阻抗相異，超聲波在媒質(zhì)界面產(chǎn)生反射。如圖1所示，本發(fā)明的超聲檢測工作原理如下將超聲探頭2的聲輻射面涂上一層耦合劑，使之與變壓器油箱外殼1.1保持緊接觸，由超聲探頭2發(fā)射脈沖超聲波，脈沖超聲波在變壓器油箱外殼1.1和變壓器油1.4中傳播，在高壓繞組1.2的表面，或者通過油道1.5，在低壓繞組1.3的表面，由于聲阻抗相異而產(chǎn)生反射，反射回的脈沖超聲波經(jīng)變壓器油1.4和變壓器油箱外殼1.1傳播至超聲探頭2，超聲探頭2接收反射回的脈沖超聲波，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電脈沖信號，即脈沖超聲波的發(fā)射波所對應(yīng)的電脈沖信號和脈沖反射超聲波所對應(yīng)的電脈沖信號，送至檢測電路3進(jìn)行放大處理。
如圖2所示，本發(fā)明的超聲檢測裝置工作原理如下數(shù)據(jù)采集電路3.10發(fā)出一個(gè)脈沖信號，經(jīng)過隔離電路3.1去脈沖觸發(fā)電路3.2，脈沖觸發(fā)電路3.2輸出一個(gè)具有足夠功率的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)高壓激勵(lì)電路3.3產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖激勵(lì)超聲探頭2，超聲探頭2發(fā)出脈沖超聲波，脈沖超聲波在變壓器1中傳播，在高壓繞組1.2或低壓繞組1.3產(chǎn)生反射脈沖聲波，反射脈沖聲波返回為超聲探頭2所接收并被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，經(jīng)過參差式寬頻放大器3.4進(jìn)行放大，并經(jīng)檢波電路3.5進(jìn)行檢波，同時(shí)，可借助雜波抑制電路3.6對雜波或噪聲干擾進(jìn)行抑制，電脈沖信號經(jīng)脈沖放大電路3.7進(jìn)一步放大之后，經(jīng)整形電路3.8整形，就得整形脈沖信號。整形脈沖信號由波形變換電路3.9進(jìn)行波形變換和電平轉(zhuǎn)換，波形變換電路3.9輸出的方波信號電平為TTL電平，其方波的上跳沿對應(yīng)脈沖超聲波的發(fā)射波前沿，下跳沿對應(yīng)脈沖反射超聲波的前沿，即方波脈沖的寬度對應(yīng)超聲波在變壓器1外殼與高壓繞組1.2或低壓繞組1.3表面之間傳播所用的時(shí)間。該方波信號傳輸至數(shù)據(jù)采集電路3.10輸入接口電路，由數(shù)據(jù)采集電路3.10測出這一時(shí)間t，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算出變壓器1的高壓繞組1.2或低壓繞組1.3與變壓器1外殼之間的距離。數(shù)據(jù)采集電路3.10將這一數(shù)據(jù)經(jīng)過通信接口送至計(jì)算機(jī)4，當(dāng)移動超聲探頭2將變壓器1的外殼表面沿X-Y方向全部掃描完后，就可就得一組關(guān)于高壓繞組1.2或低壓繞組1.3與變壓器1外殼之間的距離數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)4通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，在計(jì)算機(jī)4顯示屏上顯示出高壓繞組1.2或低壓繞組1.3的平面展開圖，實(shí)際反映出繞組變形的部位、形狀和大小。
具體實(shí)施例方式一臺110kV電力變壓器繞組變形超聲檢測裝置。
超聲探頭由PZT-5壓電陶瓷晶片構(gòu)成，晶片振蕩頻率為1.2MHz，振動模式為厚度振動式。
隔離電路3.1，脈沖觸發(fā)電路3.2，高壓激勵(lì)電路3.3，參差式寬頻放大器3.4，檢波電路3.5，雜波抑制電路3.6，脈沖放大電路3.7，整形電路3.8，波形變換電路3.9由模擬電子電路和數(shù)字電路組成。數(shù)據(jù)采集電路3.10由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，通過計(jì)算機(jī)4軟件編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，繞組變形平面展開圖形繪制和變形大小的數(shù)字顯示。
脈沖觸發(fā)電路3.2，高壓激勵(lì)電路3.3由電子電路組成，產(chǎn)生一個(gè)600V的直流高壓，激勵(lì)超聲探頭2產(chǎn)生一個(gè)頻率為1.2MHz衰減振蕩的脈沖超聲波。
參差式寬頻放大器3.4由預(yù)放大器和三級叁差式放大器構(gòu)成，其頻帶寬度為5MHz。
波形變換電路3.9由雙J-K觸發(fā)器構(gòu)成，選用器件為MC14027B。
數(shù)據(jù)采集電路3.10由以80C32CPU為核心的單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，數(shù)據(jù)存貯器RAM的內(nèi)存為16K。
單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用RS-232串行通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
權(quán)利要求
1.一種變壓器繞組變形超聲檢測方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(1)將超聲檢測裝置的超聲探頭(2)聲輻射面涂上一層耦合劑，使之與變壓器(1)的外殼表面保持緊接觸；(2)由超聲探頭(2)發(fā)出頻率為1.0～2.0MHz的脈沖超聲波，在變壓器油箱外殼(1.1)、變壓器油(1.4)中傳播，并在高壓繞組(1.2)或低壓繞組(1.3)的表面產(chǎn)生反射脈沖超聲波回波；(3)測量出脈沖超聲波在變壓器油箱外殼(1.1)表面與高壓繞組(1.2)或低壓繞組(1.3)之間傳播所需時(shí)間t；(4)在步驟(3)的基礎(chǔ)上，根據(jù)超聲波在油中傳播的速度(c)計(jì)算出變壓器油箱外殼(1.1)與高壓繞組(1.2)或低壓繞組(1.3)之間的距離，即L=12ct+ΔL]]>式中L-變壓器外殼表面與高壓繞組或低壓繞組之間的距離(m)；c-脈沖超聲波在變壓器油中的傳播速度(m/s)；t-脈沖超聲波在變壓器外殼表面與高壓繞組或低壓繞組經(jīng)鋼板和變壓器油傳播往返所需時(shí)間(s)；ΔL-變壓器油箱外殼鋼板厚度(m)。(5)根據(jù)步驟(1)、(2)、(3)和(4)，將超聲探頭(2)，沿X-Y方向掃描變壓器油箱外殼(1.1)，即可獲得高壓繞組(1.2)或低壓繞組(1.3)與變壓器油箱外殼(1.1)的一組距離數(shù)據(jù)；(6)由計(jì)算機(jī)繪出高壓繞組(1.2)或低壓繞組(1.3)的平面展開圖形；(7)將測量并計(jì)算出的距離數(shù)據(jù)在繞組展開平面圖形相應(yīng)位置上用光滑曲線連接，顯示繞組變形幾何形狀和部位；(8)移動鼠標(biāo)至繞組平面展開圖形相應(yīng)位置，即可在數(shù)據(jù)框顯示出該位置的變形數(shù)據(jù)。
2.一種變壓器繞組變形超聲檢測裝置，由超聲探頭(2)、檢測電路(3)以及計(jì)算機(jī)(4)所構(gòu)成，其特征在于所述檢測電路(3)由隔離電路(3.1)，脈沖觸發(fā)電路(3.2)，高壓激勵(lì)電路(3.3)，參差式寬頻放大器(3.4)，檢波電路(3.5)，雜波抑制電路(3.6)，脈沖放大電路(3.7)，整形電路(3.8)，波形變換電路(3.9)，數(shù)據(jù)采集電路(3.10)所構(gòu)成；其中數(shù)據(jù)采集電路(3.10)的接口電路輸出連接隔離電路(3.1)的輸入端，隔離電路(3.1)的輸出端連接脈沖觸發(fā)電路(3.2)的輸入端，其輸出端連接高壓激勵(lì)電路(3.3)的輸入端，高壓激勵(lì)電路(3.3)的輸出端分別連接超聲探頭(2)和參差式寬頻放大器(3.4)的輸入端，參差式寬頻放大器(3.4)的輸出端連接檢波電路(3.5)的輸入端，其輸出端連接雜波抑制電路(3.6)的輸入端，其輸出端連接脈沖放大電路(3.7)的輸入端，其輸出端連接整形電路(3.8)的輸入端，整形電路(3.8)的輸出端連接波形變換電路(3.9)的輸入端，其輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路(3.10)的輸入接口電路，數(shù)據(jù)采集電路(3.10)通過通信接口連接到計(jì)算機(jī)(4)的通信接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器繞組變形超聲檢測裝置，其特征在于所述的檢測電路(3)由集成電路和單片機(jī)所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器繞組變形檢測裝置，其特征在于所述的脈沖觸發(fā)電路(3.2)、高壓激勵(lì)電路(3.3)和超聲探頭(2)配合，產(chǎn)生一種衰減振蕩波，振蕩頻率為1.0MHz～2.0MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變壓器繞組變形超聲檢測方法及裝置。它利用脈沖超聲波反射原理,將超聲探頭與變壓器油箱外殼保持緊接觸,由超聲探頭發(fā)射脈沖超聲波并接收反射回的脈沖超聲波,將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電脈沖信號,送至檢測電路進(jìn)行放大處理,通過計(jì)算機(jī)實(shí)際反映出繞組變形的部位、形狀和大小。該檢測裝置由超聲探頭、檢測電路以及計(jì)算機(jī)所構(gòu)成,所述檢測電路由隔離電路,脈沖觸發(fā)電路,高壓激勵(lì)電路,參差式寬頻放大器,檢波電路,雜波抑制電路,脈沖放大電路,整形電路,波形變換電路,數(shù)據(jù)采集電路所構(gòu)成。本發(fā)明能準(zhǔn)確判斷變壓器繞組變形的部位和大小,保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行,具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G01N29/04GK1332374SQ0112833
公開日2002年1月23日 申請日期2001年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者舒乃秋, 張承學(xué), 向鐵元, 毛慧和 申請人:武漢大學(xué)