一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置的制作方法

本发明涉及一种用于变压器绝缘油检测领域的可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置。

背景技术：

1、目前我国电力变压器的运行安全监测的主要手段是对变压器按期进行停电维护检修。《电力变压器检修导则》规定新投运的变压器须每年进行一次小修，除首次大修在投运五年之后，其余每次大修最多可间隔10年。尽管长期以来定期维护策略对我国电力设备的安全稳定运行起到了一定的有效作用，但随着社会发展步伐的不断加快、电网规模的不断扩大、电力元件的不断更新，传统维修策略的弊端也日益突出。按照检修手册里的规定，正常运行的变压器必须按期退出运行并进行维护，这会造成变压器停运频率增加，检修工作量增加，提高检修成本，出现“维修过剩”问题。另外，变压器在正常运行过程中出现异常，可能无法及时修复，造成设备运行中断下降，给电网运行带来诸多隐患，造成设备“检修不足”现象。传统的检修手段弊端日益突出，合理的运行工况维护机制已是国内外电力行业必然的发展方向。

2、保持良好的绝缘状态是大型电力变压器拥有良好运行工况的关键。目前国内外电力行业所有的电力变压器均采用变压器绝缘油作为其绝缘和冷却的主要物质。变压器的老化、绝缘性能的劣化以及其内部绝缘材料的分解等均会影响着变压器油中的微水含量变化。随着油中微水含量的提高，变压器的绝缘性能会随之降低，当达到一定程度时，变压器甚至会发生绝缘物质烧毁、击穿事故等重大故障，且这属于不可逆过程。所以实时监测变压器油中的微水含量对保证变压器的安全运行具有重要意义。变压器油是一种液体绝缘介质，如果油中水分含量过高，会给变压器运行工况造成一系列亟待解决的故障，如增加绝缘介质损耗、降低击穿电压等。电力变压器在正常工作时会有强磁场的产生，若变压器油中微水含量在变压器工作时超标，在其复杂的强磁场下，水分和油将按极性顺序排列，在电场方向上排列成杂质“小桥”，使流过杂质小桥的漏电流增大，降低了油的击穿电压。

3、当前电力变压器绝缘油中微水含量检测方法主要分为2类。一类为离线检测其中包括：卡尔·费休滴定法(库仑法)、蒸馏法、色谱法、谐振腔微扰法等。另一类为在线检测方法其中包括：介电常数法、射频法及红外方法等等。相比于变压器油中微水含量的在线检测方法，其离线检测方法的检测精度更高。国际标准ice 60296和国内标准gb/t 7600-2014均将卡尔·费休滴定法作为电力行业检测变压器油中微水含量的标准检测方法。目前缺乏稳定可靠且便捷高效的对于变压器油进行在线检测的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，能够实现对于变压器绝缘油的在线检测。

2、实现上述目的的一种技术方案是：一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，包括超声波发射模块和超声波接收模块；

3、超声波发射模块包括发射控制单元、发射驱动单元和换能器，发射控制单元提供信号生成载波脉冲信号，传输至发射驱动单元，发射驱动单元对接收到的脉冲信号进行升压处理，输出高功率信号，推动换能器发射多频超声波信号；

4、超声波接收模块包括超声波接收单元、接收频率控制单元、信号处理单元、超声波a/d转换单元和输出接口；超声波接收单元接收超声波信号，输入接收频率控制单元，接收频率控制单元将接收信号与信号处理单元的工作频率匹配，由信号处理单元进行信号处理，然后由超声波a/d转换单元转换成数字信号，通过输出接口传输至上位机；

5、在变压器绝缘油箱的一侧阵列的设置有所述超声波发射模块，另一侧阵列的设置有所述超声波接收模块，超声波发射模块和超声波接收模块相对设置。

6、进一步的，超声波发射模块的发射控制单元包括频率控制单元和功率控制单元，频率控制单元确定载波频率，功率控制单元调整脉冲的宽度和幅度。

7、进一步的，不同超声波发射模块发射的超声波信号的频率、宽度和幅度各不相同。

8、进一步的，超声波发射模块发射的超声波的频率为200khz、300khz、400khz和500khz。

9、进一步的，超声波接收模块的信号处理单元包括检波器和带通滤波单元，检波器检测和提取信号的有效信息，去除无用成分，然后输入带通滤波单元，带通滤波单元过滤掉不需要的高频和低频信号，仅保留特定频率范围内的有效信号。

10、进一步的，所述输出接口为rs232接口。

11、进一步的，所述变压器绝缘油箱为长方体，两个侧面分别为入射面和接受面，超声波发射模块布设于入射面上，超声波接收模块布设于接收面上。

12、进一步的，变压器绝缘油箱的底面宽度为500mm-1000mm。

13、进一步的，超声波发射模块和超声波接收模块通过引线分别与上位机连接，上位机对超声波发射信号和接收信号进行分别记录，上位机将计算结果输入神经网络进行训练，并在训练完成后通过超声波信号对变压器油绝缘油中微水含量进行检测。

14、进一步的，上位机根据超声波发射信号和接收信号进行计算，得到不同频率超声波穿过不同含水量的变压器油的衰减系数、幅值、相位、飞行时间和飞行速度。

15、本发明的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置具有如下优势效果：

16、(1)与现有技术相比，采用超声波技术能真正做到对被测物质的零影响，使得在线检测数据更精确，有利于后续预测模型的训练。

17、(2)利用不同频率的超声波，全面检测被测物质的含水量，比单一频率的精确度要高。

18、(3)利用幅值和相位加衰减系数和飞行时间、速度的宽频超声数据进行模型训练，比文献及现有技术中只利用幅值相位或者衰减系数和飞行时间、速度的数据更具有代表性，提高了检测的准确率。

技术特征：

1.一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，包括超声波发射模块和超声波接收模块，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，超声波发射模块的发射控制单元包括频率控制单元和功率控制单元，频率控制单元确定载波频率，功率控制单元调整脉冲的宽度和幅度。

3.根据权利要求2所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，不同超声波发射模块发射的超声波信号的频率、宽度和幅度各不相同。

4.根据权利要求3所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，超声波发射模块发射的超声波的频率为200khz、300khz、400khz和500khz。

5.根据权利要求1所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，超声波接收模块的信号处理单元包括检波器和带通滤波单元，检波器检测和提取信号的有效信息，去除无用成分，然后输入带通滤波单元，带通滤波单元过滤掉不需要的高频和低频信号，仅保留特定频率范围内的有效信号。

6.根据权利要求1所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，所述输出接口为rs232接口。

7.根据权利要求1所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，所述变压器绝缘油箱为长方体，两个侧面分别为入射面和接受面，超声波发射模块布设于入射面上，超声波接收模块布设于接收面上。

8.根据权利要求7所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，变压器绝缘油箱的底面宽度为500mm-1000mm。

9.根据权利要求1所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，超声波发射模块和超声波接收模块通过引线分别与上位机连接，上位机对超声波发射信号和接收信号进行分别记录，上位机将计算结果输入神经网络进行训练，并在训练完成后通过超声波信号对变压器油绝缘油中微水含量进行检测。

10.根据权利要求9所述的一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，其特征在于，上位机根据超声波发射信号和接收信号进行计算，得到不同频率超声波穿过不同含水量的变压器油的衰减系数、幅值、相位、飞行时间和飞行速度。

技术总结
本发明公开了一种可用于变压器油中微水检测的宽频超声装置，超声波发射模块包括发射控制单元、发射驱动单元和换能器，超声波发射模块发射多频超声波信号；超声波接收模块包括超声波接收单元、接收频率控制单元、信号处理单元、超声波A/D转换单元和输出接口，超声波接收模块接收并处理超声波信号然后输至上位机；在变压器绝缘油箱的一侧阵列的设置有所述超声波发射模块，另一侧阵列的设置有所述超声波接收模块，超声波发射模块和超声波接收模块相对设置。本发明能够实现对于变压器绝缘油的在线检测。

技术研发人员：姚远,刘方蕾,孙进,朱凯,陆敏安,吴继建,刘一童,梁晟,杨冰芳,郑真,黄冠,王子扬,王宇韬
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5