一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置制造方法
【專利摘要】一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，包括箱體，箱體內(nèi)鑲嵌有成直線型排列的至少三個超聲矢量陣元；所述超聲矢量陣元包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有無線數(shù)據(jù)采集模塊、三個壓電式速度傳感器以及定位壓電式速度傳感器的懸掛桿和連接桿；所述三個壓電式速度傳感器通過連接桿上下依次連接，三個壓電式速度傳感器的中心軸線兩兩相互正交，居中的壓電式速度傳感器的中心位于外殼的球心。本實用新型可直接放置在變壓器油中，通過無線數(shù)據(jù)采集模塊獲得變壓器油中的局部放電超聲信號，進(jìn)而完成對局部放電源的定位，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、指向性好等特點。
【專利說明】-種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及超聲定位裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種變壓器局部放電超聲矢量陣 列定位裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對電力系統(tǒng)可靠性的要求也越來越高，而變壓器作為電力系統(tǒng) 中的樞紐，其運行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。在對變壓器實際故障的統(tǒng) 計分析過程中發(fā)現(xiàn)，絕緣故障是影響變壓器正常運行的主要原因，而變壓器的局部放電則 是造成絕緣故障的重要原因，因此局部放電的檢測成為絕緣狀況檢測的重要方面。
[0003] 變壓器局部放電故障的產(chǎn)生和發(fā)展將伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，放電源也就是聲發(fā)射 源。因此，根據(jù)被動聲測原理對變壓器的內(nèi)部放電予以定位，可將若干個超聲探頭放置在變 壓器箱殼上相分離的幾個點上，組成聲測陣列，測定由聲源到各探頭的直接波傳播時間或 各探頭之間的相對時差，將這些數(shù)據(jù)匯總計算從而得出局部放電的位置，實現(xiàn)超聲波定位 的目的。超聲波定位法原理簡單，既能實現(xiàn)直接幾何定位，并且同時也實現(xiàn)了超聲波陣列定 位。
[0004] 但是，目前的超聲波陣列定位法在現(xiàn)實應(yīng)用中存在諸多不足之處。首先，超聲波陣 列定位法中的傳感器是運用傳統(tǒng)的標(biāo)量聲壓傳感器，其各向同性噪聲不能相互抵消，靈敏 度和信噪比較低；其次，目前研究人員大多通過將陣列固定在電氣設(shè)備外壁，實現(xiàn)局放超聲 陣列定位的目的，由于干擾較多，噪聲影響較大等原因，局放超聲陣列定位在現(xiàn)場應(yīng)用中受 到限制。因此，有必要設(shè)計一種簡單實用的局部放電定位的超聲矢量陣列定位裝置。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種變壓器局部放電超聲矢量陣 列定位裝置，用以對變壓器油中局部放電源位置的進(jìn)行精確定位。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下。
[0007] -種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，包括放置在變壓器油中的箱體，箱 體內(nèi)鑲嵌有成直線型排列的至少三個超聲矢量陣元；所述超聲矢量陣元包括外殼，外殼內(nèi) 設(shè)置有三個壓電式速度傳感器以及定位壓電式速度傳感器的懸掛桿和連接桿；所述三個壓 電式速度傳感器通過連接桿上下依次連接，三個壓電式速度傳感器的中心軸線兩兩相互正 交，居中的壓電式速度傳感器的中心位于外殼的球心；所述懸掛桿的一端垂直固定在居中 的壓電式速度傳感器的表面，另一端伸出外殼表面并卡裝在箱體中，所有懸掛桿均處在同 一個與居中的壓電式速度傳感器軸線相垂直的平面內(nèi)，上下兩個壓電式速度傳感器的軸線 至懸掛桿所在的平面的距離相等。
[0008] 上述變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，所述懸掛桿為細(xì)長型圓柱桿，所有 懸掛桿在所處平面內(nèi)呈中心對稱分布。
[0009] 上述變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，所述箱體為直線型固定箱體，包括 對稱設(shè)置的上半箱體和下半箱體，上半箱體的下端面和下半箱體的上端面設(shè)置有容納超聲 矢量陣元的半圓孔凹槽，所述半圓孔凹槽的內(nèi)壁上設(shè)置有用于卡裝懸掛桿外端的長方體凹 槽。
[0010] 上述變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，所述相鄰半圓孔凹槽的中心間距為 超聲波在變壓器油中波長的一半。
[0011] 上述變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，所述無線數(shù)據(jù)采集模塊位于外殼內(nèi) 中心偏下的位置。
[0012] 上述變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，所述外殼為環(huán)氧樹脂球形外殼，環(huán) 氧樹脂球形外殼內(nèi)填充有若干玻璃微球；所述箱體采用鎂鋰合金材料制成；整個定位裝置 的整體平均密度與變壓器油的密度相近。
[0013] 由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型所取得的技術(shù)進(jìn)步效果如下。
[0014] 本實用新型可直接放置在變壓器油中，完成對局部放電源的定位，具有結(jié)構(gòu)簡單， 體積小等特點。與傳統(tǒng)的超聲陣列定位裝置相比較具有以下特點：1)矢量的輸出，測量方 法簡單，可以改善到達(dá)波方向估計性能，提1?估計精度；2)具有更好的指向性，可提1?空間 增益，改善多信號源波達(dá)方向估計性能，提高估計精度，可以實現(xiàn)空間降采樣，拓寬了頻帶， 有效的抑制柵瓣；3)本實用新型的工作位置為變壓器內(nèi)部的油環(huán)境，這樣就避免了將陣列 固定在電氣設(shè)備外壁由于干擾較多，噪聲影響較而導(dǎo)致的局放超聲陣列定位在現(xiàn)場應(yīng)用中 受到限制的現(xiàn)象。本實用新型的箱體的材料選用鎂鋰合金，可使定位裝置的密度與變壓器 油的密度相近，能吸收沖擊能量，減震降噪效果好，還具有良好的屏蔽電磁干擾作用，可常 溫塑性加工成型，符合本實用新型對于箱體的密度要求；超聲矢量陣元的材料選用環(huán)氧樹 脂與玻璃微球的混合物，由于環(huán)氧樹脂與玻璃微球的混合物具有優(yōu)異的電絕緣性能和耐電 暈性，且其密度與變壓器油相近，符合本實用新型工作環(huán)境的密度要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型所述超聲矢量陣元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為實用新型所述直線型固定體的剖視圖。
[0017] 圖中各標(biāo)號表不為：1.壓電式速度傳感器，2.連接桿,3.懸掛桿,4.外殼，5.圓孔 凹槽，6.上半箱體，7.下半箱體，8.長方體凹槽，9.無線數(shù)據(jù)采集模塊。

【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019] 本實用新型包括放置在變壓器油中的箱體，箱體內(nèi)鑲嵌有至少三個超聲矢量陣 元，所有超聲矢量陣元成直線型排列在箱體中，形成直線陣列。在本實施例中超聲矢量陣元 共設(shè)置九個。
[0020] 單個的超聲矢量陣元結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括外殼4,外殼內(nèi)設(shè)置有三個壓電式速度 傳感器1、懸掛桿3以及連接桿2和無線數(shù)據(jù)采集模塊9。本實施例中外殼為球形外殼，球 形外殼的主體材料為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂的球形外殼中還填充有若干玻璃微球。
[0021] 本實用新型中的三個壓電式速度傳感器通過連接桿上下依次連接，三個壓電式速 度傳感器的中心軸線兩兩相互正交，分別對應(yīng)X、Z、Y三個坐標(biāo)軸方向，居中的壓電式速度 傳感器的中心位于外殼的球心。
[0022] 懸掛桿用于將壓電式速度傳感器定位在外殼內(nèi)，本實施例中共設(shè)置四根，懸掛桿 的形狀為細(xì)長型圓柱桿。懸掛桿的一端垂直固定在居中的壓電式速度傳感器的表面，另一 端伸出外殼表面并卡裝在箱體中，本實施例中懸掛桿伸出外殼表面的一端長度設(shè)置為3_。
[0023] 本實施例中的四個懸掛桿均處在XY平面內(nèi)，該XY平面與居中的壓電式速度傳感 器軸線相垂直，四個懸掛桿在所處平面內(nèi)呈中心對稱分布。在本實用新型中，四個懸掛桿均 垂直連接在居中的壓電式速度傳感器的中心，以使上下兩個壓電式速度傳感器的軸線至懸 掛桿所在的平面的距離相等。懸掛桿伸出外殼的一端卡裝在箱體內(nèi)，用于定位超聲矢量陣 JLi〇
[0024] 本實施例中，用于定位超聲矢量陣元的箱體為直線型固定箱體，包括對稱設(shè)置的 上半箱體6和下半箱體7,上半箱體和下半箱體采用涂有絕緣漆的鎂鋰合金材料制成，上半 箱體和下半箱體的長為150mm，寬為20mm，箱體深度為2. 05mm。
[0025] 上半箱體的下端面和下半箱體的上端面設(shè)置有容納超聲矢量陣元的半圓孔凹槽， 上半箱體的半圓孔凹槽和下半箱體的半圓孔凹槽配裝成一個完整的圓孔凹槽5,用于安放 超聲矢量陣元。在本實施例中，每個半圓孔凹槽的直徑為4. 1mm，半圓孔深度為2. 05mm ;相 鄰半圓孔凹槽的中心間距為超聲波在變壓器油中波長A的一半，即相鄰半圓孔凹槽的中 心間距為12. 5mm。
[0026] 本實用新型中半圓孔凹槽的內(nèi)壁上設(shè)置有長方體凹槽8,與半圓孔凹槽相通，用于 卡裝懸掛桿的外端，對超聲矢量陣元進(jìn)行定位。本實施例中每個長方體凹槽長度為3_，長 方體凹槽寬與四個懸掛桿寬度相匹配，長方體凹槽深度為I. 〇25mm。直線型固定箱體的結(jié)構(gòu) 如圖2所示。
[0027] 本實用新型制作時，首先制備超聲矢量陣元，然后將其放置在直線型固定箱體的 下半箱體中，再用上半箱體扣裝后加以固定即可。本實用新型使用時，直接將其放置在變壓 器油中即可。
[0028] 本實用新型的陣列有四路輸出，與陣元數(shù)相同的聲壓傳感器陣列相比，本實用新 型可獲得四倍數(shù)目的輸出信號，從而更加精確的估計陣元間的相位時延，并且單個陣元的 輸出本身已蘊含了空間目標(biāo)的方向信息，因此用直線陣即可測量變壓器油中局放源的方位 角和俯仰角。
[0029] 對于直線陣，第n個陣元相對于第一個陣元的時延為。
[0030] = (? - l)d sm ^Pcos 5/ C1 式一
[0031] 其中，n=l，2,3…….N，（本實施例中N為9)
[0032] d為各個陣元間距，
[0033] 穸為俯仰角，
[0034]沒為方位角，
[0035] c為波速，
[0036] 通過本實用新型直線陣列中各個超聲矢量陣元輸出的數(shù)據(jù)信息估計出每個超聲 矢量陣元的時延T n，由（N-I)個式一構(gòu)成方程組，便可求得局放源的方位角和俯仰角，進(jìn)而 對其定位。
【權(quán)利要求】
1. 一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，其特征在于：包括放置在變壓器油中 的箱體，箱體內(nèi)鑲嵌有成直線型排列的至少三個超聲矢量陣元； 所述超聲矢量陣元包括外殼（4)，外殼內(nèi)設(shè)置有三個壓電式速度傳感器（1)以及定位 壓電式速度傳感器的懸掛桿（3)、連接桿（2)以及無線數(shù)據(jù)采集模塊（9);所述三個壓電式 速度傳感器通過連接桿上下依次連接，三個壓電式速度傳感器的中心軸線兩兩相互正交， 居中的壓電式速度傳感器的中心位于外殼（4)的球心； 所述懸掛桿的一端垂直固定在居中的壓電式速度傳感器的表面，另一端伸出外殼表面 并卡裝在箱體中，所有懸掛桿均處在同一個與居中的壓電式速度傳感器軸線相垂直的平面 內(nèi)，上下兩個壓電式速度傳感器的軸線至懸掛桿所在的平面的距離相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，其特征在于： 所述懸掛桿（3)為細(xì)長型圓柱桿，所有懸掛桿在所處平面內(nèi)呈中心對稱分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，其特征在于： 所述箱體為直線型固定箱體，包括對稱設(shè)置的上半箱體（6)和下半箱體（7)，上半箱體的下 端面和下半箱體的上端面設(shè)置有容納超聲矢量陣元的半圓孔凹槽，所述半圓孔凹槽的內(nèi)壁 上設(shè)置有用于卡裝懸掛桿外端的長方體凹槽（8 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，其特征在于： 所述相鄰半圓孔凹槽的中心間距為超聲波在變壓器油中波長的一半。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，其特征在于： 所述無線數(shù)據(jù)采集模塊（9 )位于外殼內(nèi)中心偏下的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種變壓器局部放電超聲矢量陣列定位裝置，其特 征在于：所述外殼（4)為環(huán)氧樹脂球形外殼，環(huán)氧樹脂球形外殼內(nèi)填充有若干玻璃微球；所 述箱體采用鎂鋰合金材料制成；整個定位裝置的整體平均密度與變壓器油的密度相近。
【文檔編號】G01R31/12GK204044300SQ201420473773
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】謝慶, 王亞運, 劉熊, 陶珺函, 王兵, 律方成 申請人:華北電力大學(xué)（保定）