一種變壓器局部放電超聲波檢測及精確定位裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸變電領(lǐng)域，具體涉及一種利用局部放電時(shí)所發(fā)出的超聲波傳輸特 性，檢測并精確定位變壓器內(nèi)部局部放電點(diǎn)的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在大型電力變壓器中，對(duì)局部放電量的測量是檢驗(yàn)其絕緣特性行之有效的方法。 通過測量局部放電量，可以幫助工程技術(shù)人員掌握該設(shè)備的絕緣水平的變化過程。但是，它 不能給人們提供其局部放電發(fā)生的部位。在現(xiàn)場的測試中，局部放電點(diǎn)的位置確定，有利于 對(duì)某些特殊局部放電問題的正確判斷。我們知道，電力變壓器中，在某些部位發(fā)生一定量值 的局部放電是可以接受的，但是，在某關(guān)鍵部位卻會(huì)引起重大事故發(fā)生。因此，在變壓器中， 局部放電點(diǎn)位置的確定，不僅能對(duì)局部放電測量的結(jié)果作出較好的解釋，而且，對(duì)變壓器缺 陷的維修具有很大的幫助，同時(shí)還可以幫助改善變壓器的設(shè)計(jì)。
[0003] 現(xiàn)今的變壓器超聲波局部放電監(jiān)測方法，是利用球面定位法、雙曲面定位算法或 其它定位算法進(jìn)行定位。不管采用哪種算法，定位時(shí)采用超聲波在20°c溫度下油中傳播速 度1400m/s或其它相近值作為常量進(jìn)行計(jì)算。但是超聲波在變壓器內(nèi)部的傳輸經(jīng)過紙板、 油、鋼板等復(fù)合介質(zhì)，變壓器油的溫度也隨著環(huán)境溫度、變壓器負(fù)荷、變壓器內(nèi)部不同位置 的變化而大不相同，采用油中某一確定溫度下的超聲波傳播速度代替實(shí)際的超聲波波速存 在較大的誤差，但是目前在現(xiàn)場進(jìn)行檢測時(shí)沒有更好的辦法直接確定超聲波在變壓器內(nèi)部 不同材質(zhì)和復(fù)雜的溫度場中的等效波速。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 為了克服上述【背景技術(shù)】的缺陷，本發(fā)明提供一種變壓器局部放電超聲波檢測及精 確定位裝置與方法，利用現(xiàn)場實(shí)測得到的超聲波在變壓器內(nèi)部的傳播速度計(jì)算，并配合雙 曲面法進(jìn)行變壓器內(nèi)部局部放電點(diǎn)的精確定位。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種變壓器局部放電超聲波檢測及精確定位裝置，包括中央控制器，以及連接于 中央控制器的微處理器和控制面板，還包括數(shù)個(gè)設(shè)置在變壓器油箱側(cè)壁上的聲測探頭，各 個(gè)聲測探頭各自連接一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換通道板，各個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換通道板通過總線連接于中央控制 器；信號(hào)轉(zhuǎn)換通道板包括依次連接的放大器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、高速緩沖存貯器，前 置放大器的輸入端用于從聲測探頭接收信號(hào)，高速緩沖存貯器的輸出端用于連接中央控制 器。
[0007] 較佳地，各個(gè)聲測探頭通過采集器連接于通道板。
[0008] 較佳地，包括至少6個(gè)聲測探頭，各個(gè)聲測探頭隨機(jī)設(shè)置在變壓器油箱的側(cè)壁上。
[0009] 較佳地，微處理器的輸出端連接有繪圖機(jī)、磁盤機(jī)和顯示器。
[0010] 較佳地，高速緩沖存貯器為128K存貯器，總線包括控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總 線。
[0011] 本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述裝置對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行超聲波檢測及精確定位 的方法：用設(shè)置在變壓器油箱上的聲測探頭測量局部放電產(chǎn)生的聲波，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換通道 板各探頭接收到聲波信號(hào)的時(shí)間輸送至中央處理器，由中央處理器計(jì)算出放電點(diǎn)所在位置 的坐標(biāo)，在變壓器油箱各側(cè)面分布設(shè)置聲測探頭陣列中，第一個(gè)接收到聲信號(hào)的聲測探頭 為參考探頭，由參考探頭發(fā)出的聲信號(hào)觸發(fā)其余聲測探頭，參考探頭和其余各個(gè)聲測探頭 被觸發(fā)啟動(dòng)的時(shí)間由各自對(duì)應(yīng)的采樣部件獲取后送入系統(tǒng)，并由系統(tǒng)記錄；
[0012] 將參考探頭和其余聲測探頭中的各個(gè)探頭為依次組合為一組探頭對(duì)，以各組探頭 對(duì)為焦點(diǎn)、以該組探頭對(duì)所包括的兩個(gè)探頭被觸發(fā)啟動(dòng)的時(shí)間差為定值，逐個(gè)求出所有探 頭對(duì)所對(duì)應(yīng)的雙曲面，求得的各個(gè)雙曲面的交點(diǎn)即為放電源的位置。
[0013] 較佳地，求各個(gè)雙曲面交點(diǎn)的具體步驟包括：
[0014] 步驟1，計(jì)算超聲波在油箱的傳播速度V ;
[0015] 步驟2,放電源聲信號(hào)到達(dá)各探頭播時(shí)間
其中，i= 1，2,3......，m-1，m，m是聲測探頭總數(shù)，各個(gè)探頭5;的坐標(biāo)為（X;，y;，zj，放電點(diǎn) P所在位置的坐標(biāo)為（x，y，z);
[0016] 步驟3,設(shè)參考探頭為Si，則其余聲測探頭S2,……SJ妾收到聲信號(hào)的時(shí)間相對(duì)于 參考探頭Si接收到聲信號(hào)的時(shí)間差為：
[0017]
[0018] 步驟4,聯(lián)立步驟2和步驟3的方程求解，得到X，y，z的值，即為放電點(diǎn)P所在位 置的坐標(biāo)（X，y，Z)。
[0019] 較佳地，計(jì)算超聲波在油箱的傳播速度V的具體方法為：
[0020] 步驟11，在油箱的一側(cè)設(shè)立超聲波發(fā)射源F，超聲波發(fā)射源F的坐標(biāo)為（Xf，yf， zf)；
[0021] 步驟12,設(shè)置在油箱側(cè)壁上的m個(gè)聲測探頭的坐標(biāo)為（Xi、yi、Zi);
[0022] 步驟13,超聲波探頭與超聲波發(fā)射源之間的距離
[0023] 步驟14,超聲波發(fā)射源所發(fā)出聲波到各個(gè)聲測探頭的傳播速度 超聲波發(fā)射源發(fā)出信號(hào)與第i個(gè)聲測探頭接收到信號(hào)的時(shí)間差；
[0024] 步驟15,求m個(gè)傳播速度Vi的平均值作為超聲波在油箱的傳播速度V。
[0025] 較佳地，在步驟4之后還包括步驟5,對(duì)所求得的放電點(diǎn)P所在位置的坐標(biāo)（X，y， z)進(jìn)行校驗(yàn)，具體校驗(yàn)方法為：
[0026] 步驟51，將所求得的放電點(diǎn)P的坐標(biāo)（x，y，z)代入步驟2放電源聲信號(hào)到達(dá)探頭 Si的傳播時(shí)間
_的公式，依據(jù)h求步驟 3其余聲測探頭S2,……Si妾收到聲信號(hào)的時(shí)間相對(duì)于參考探頭S^妾收到聲信號(hào)的時(shí)間差
[0027] 步驟52,測量得到聲測探頭S2,……Si妾收到聲信號(hào)的時(shí)間相對(duì)于參考探頭S^妾 收到聲信號(hào)的實(shí)際時(shí)間差Mt2 ^Mt3^……Mk1;
[0028] 步驟53,求步驟51所得Tt2dTt3 ^……IX!與步驟52所得Mt2dMt3 ^……Mt^ ! 的差值
[0029]
[0030] 步驟54,判斷差值是否在系統(tǒng)所設(shè)定最小測時(shí)誤差的范圍之內(nèi)，若是，則將放電點(diǎn) 位置的坐標(biāo)（X，y，z)輸出，若否，則進(jìn)入步驟55 ;
?.
[0031] 步驟55,求解差分方程 得出 ?-：? ΔX，Δy,Δζ;設(shè)aK=X，bK=y，cκ=ζ，求
；.將aK+1，bK+1，cK+1 賦值給χ，y，ζ得 出經(jīng)校正的放電源的位置坐標(biāo)（x，y，z);回到步驟51。
[0032] 較佳地，最小測時(shí)誤差的范圍設(shè)定為小于1μs。
[0033] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述的裝置將聲測法應(yīng)用于變壓器油箱的放電檢 測，將聲測探頭通過信號(hào)轉(zhuǎn)換通道板連接于中央控制器等部件。聲測法屬于非電量測量，由 于這種非電量測量在測量中不受外界電氣的干擾，因此具有其明顯的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)超聲波的 定向傳播特性，在一定的媒質(zhì)中有一定的定向傳播速度，用它來測定局部放電的部位也具 有較高的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明采用雙曲面定位計(jì)算法，選用聲觸發(fā)的檢測系統(tǒng)，即在分布于 油箱各側(cè)面的所有聲測探頭陣列中，選用以第一個(gè)聲信號(hào)到達(dá)時(shí)一路聲信號(hào)觸發(fā)其余聲信 號(hào)，測量系統(tǒng)開始采樣工作，通過測量后序到達(dá)的局放聲信號(hào)不同的傳播時(shí)間和傳感器的 幾何位置，將參考探頭和其余聲測探頭中的各個(gè)探頭為依次組合為一組探頭對(duì)，以各組探 頭對(duì)為焦點(diǎn)、以該組探頭對(duì)所包括的兩個(gè)探頭被觸發(fā)啟動(dòng)的時(shí)間差為定值，逐個(gè)求出所有 探頭對(duì)所對(duì)應(yīng)的雙曲面，求得的各個(gè)雙曲面的交點(diǎn)即為放電源的位置。通過本發(fā)明的裝置 和方法計(jì)算檢測和定位放電源具有靈明度高、準(zhǔn)確度高，不受外界干擾的特點(diǎn)。且本發(fā)明的 方案再得出放電源位置坐標(biāo)后，還設(shè)置了對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)的步驟，進(jìn)一步提高檢測和定位的 準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實(shí)施例信號(hào)轉(zhuǎn)換通道板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的布置坐標(biāo)系的示意圖，
[0037] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的方法求各個(gè)雙曲面的交點(diǎn)即放電源的位置流程圖。
[0038] 圖中：1_中央控制器，微處理器，控制面板，4_信號(hào)轉(zhuǎn)換通道板，前置放大 器，6-采樣保持器，7-A/D轉(zhuǎn)換器，8-高速緩沖存貯器，9-繪圖機(jī)，10-磁盤機(jī)，11-顯示器， 12-總線。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0040] 本實(shí)施例提供一種變壓器局部放電超聲波檢測及精確定位裝置（圖1)，包括中央 控制器1，以及連接于中央控制器1的微處理器