一种变压器油流测速方法与装置制造方法及图纸

本申请公开了一种变压器油流测速方法与装置，所述方法包括步骤1：根据多普勒效应，超声波测速模块对变压器和油枕之间的连接管内的油流速进行检测；步骤2：对超声波在绝缘油中顺流和逆流传播时，传播路径与水平面夹角均不等于超声波的发射角所产生的误差进行校正，得到误差校正后的油流速；步骤3：基于误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行变压器故障判别与预警。本发明专利技术可减少检测误差，提高对油流速检测的精确度，实现对连接管内油流速的在线监测及变压器故障预警。监测及变压器故障预警。监测及变压器故障预警。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器油流测速方法与装置


[0001]本专利技术属于变压器检测
，涉及一种变压器油流测速方法与装置。

技术介绍

[0002]变压器是电力系统中至关重要的电气设备，一旦发生故障，将会造成巨大损失。变压器的安全稳定运行对于电力系统的输配电、可靠运行起到了关键的作用。当变压器发生内部故障时，变压器内的绝缘油被分解成气体，体积增大。气体上涌后，会造成油枕和变压器之间连接管内的绝缘油快速流动，因此，监测连接管内的油流速大小，有利于及时发现变压器的内部故障，做到提前预警，避免对变压器造成进一步的损坏。
[0003]对于变压器和油枕之间连接管内油流速的监测，目前有时差法、多普勒法等。
[0004]利用时差法测速的装置，在实际中由于绝缘油流动，超声波在管道内传播的过程中会改变折射角大小，导致超声波传播轨迹发生偏移。当管道内绝缘油流速超过某个阈值时，时差法测速装置甚至会接收不到回波信号。
[0005]利用多普勒法测速的装置，存在同样的问题，超声波在管道内传播的过程中，由于受到绝缘油顺流或逆流的影响，超声波在绝缘油中实际传播的路径与水平面的夹角不等于超声波的发射角，如果仍然按照发射角进行计算，则会造成误差。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中的不足，本申请提供一种变压器油流测速方法与装置，根据多普勒效应，利用超声波对变压器和油枕之间的连接管内油流速进行检测，考虑到了超声波在绝缘油中顺流和逆流传播时，传播路径与水平面夹角均不等于超声波的发射角，并对由此产生的误差进行了校正。可减少误差，提高对油流速检测的精确度，实现对连接管内油流速的在线监测及变压器故障预警。
[0007]为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种变压器油流测速方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：根据多普勒效应，超声波测速模块对变压器和油枕之间的连接管内的油流速进行检测；
[0010]步骤2：对超声波在绝缘油中顺流和逆流传播时，传播路径与水平面夹角均不等于超声波的发射角所产生的误差进行校正，得到误差校正后的油流速；
[0011]步骤3：基于误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行变压器故障判别与预警。
[0012]本专利技术进一步包括以下优选方案：
[0013]优选地，所述超声波测速模块包括发射器和接受器；
[0014]所述超声波测速模块竖向安装在油枕和变压器之间的连接管外。
[0015]优选地，发射器发射的超声波与水平面夹角，即发射角为θ，θ的范围在30
°
到60
°
之间。
[0016]优选地，步骤2中，校正方法为：
[0017]将实际传播路径与水平面夹角替换原来的发射角，并重新整理油流速的表达式，再结合递推最小二乘法确定对应的系数大小，最后得到校正后的油流速计算式。
[0018]优选地，步骤2中，校正后的油流速计算式为：
[0019][0020]其中，v为绝缘油水平方向的流速；
[0021]c为超声波在绝缘油中的传播速度；
[0022]f0为发射器发出超声波的频率；
[0023]f2接收器接受到的频率，即回波信号频率；
[0024]k1为cosθ与cosθ1的比例系数；
[0025]k2为cosθ与cosθ2的比例系数；
[0026]θ1为超声波顺流传播时与水平面夹角；
[0027]θ2为逆流传播时与水平面夹角。
[0028]优选地，所述k1和k2的数值求取方法如下：
[0029]根据式(6)并测定不同流速下的f0k1+f2k2大小，结合递推最小二乘法，求出k1和k2的数值。
[0030]优选地，步骤3中，将误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行比较，当满足v
oil
‑
v
set
≥0时，判定变压器发生内部故障，发出报警信号；
[0031]其中，v
oil
是连接管内误差校正后的油流速，v
set
是设定的流速阈值。
[0032]本专利技术还提供一种变压器油流测速装置，包括超声波测速模块、滤波模块、A/D转换模块、微处理器、显示模块和报警模块；
[0033]所述超声波测速模块，用于对变压器和油枕之间的连接管内的油流速进行检测，输出回波信号频率；
[0034]所述滤波模块和A/D转换模块，分别用于对超声波测速模块输出的回波信号频率进行滤波和模数转换；
[0035]所述微处理器，用于根据接收到的回波信号频率计算误差校正后变压器和油枕之间连接管内的油流速，并基于误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行变压器故障判别与预警；
[0036]所述报警模块，用于故障报警，提醒工作人员及时排查变压器；
[0037]所述显示模块，用于显示微处理器计算得到的连接管内油流速。
[0038]优选地，所述超声波测速模块的测速范围是
‑
10m/s～10m/s，误差为0.1m/s，工作温度范围为
‑
40℃～90℃，测量口径范围是DN30mm～DN500mm。
[0039]优选地，所述滤波模块采用巴特沃斯带通滤波器，超声波信号中心频率为200kHz，设置通带上下限截止频率分别为170kHz和230kHz,阻带上下限截止频率为150kHz和250kHz，最大通带衰减为1dB，最小阻带衰减为40dB，回波信号采样频率为3MHz；滤波器阶数为4，对应的离散传递函数为：
[0040][0041]优选地，所述A/D转换模块芯片使用3PA9280，AD最大转换速率为32MSPS，数据位宽
为1路8bit，模块供电电压为+2.7V～+5.5V，模拟电压输入范围为
‑
5V～+5V。
[0042]优选地，所述微处理器采用STM32F407芯片，微处理器直接和显示模块、报警模块、A/D转换模块、滤波模块、超声波测速模块相连接；
[0043]系统上电后，微处理器对各个模块进行初始化；
[0044]超声波测速模块在初始化后对连接管内的油流速进行检测，并输出接收到的回波信号频率，滤波模块通过巴特沃斯带通滤波器对环境中的高频和低频干扰进行滤波，A/D转换模块将经过滤波模块后的回波信号频率模数转换成微处理器可以识别的数字信号，微处理器根据接收到的回波信号频率计算误差校正后变压器和油枕之间连接管内的油流速，显示模块使用OLED屏幕，实时显示微处理器计算得到的连接管内油流速；
[0045]微处理器将误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行比较，当油流速超过设定的流速阈值时，判定变压器发生内部故障，发送指令控制报警模块进行预警，提醒工作人员及时排查变压器；所述报警模块为声光报警模块。
[0046]本申请所达到的有益效果：
[0047]本专利技术的超声波测速模块竖向安装在油枕和变压器之间的连接管外，安装、拆卸方便，便于维护；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器油流测速方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：根据多普勒效应，超声波测速模块对变压器和油枕之间的连接管内的油流速进行检测；步骤2：对超声波在绝缘油中顺流和逆流传播时，传播路径与水平面夹角均不等于超声波的发射角所产生的误差进行校正，得到误差校正后的油流速；步骤3：基于误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行变压器故障判别与预警。2.根据权利要求1所述的一种变压器油流测速方法，其特征在于：所述超声波测速模块包括发射器和接受器；所述超声波测速模块竖向安装在油枕和变压器之间的连接管外。3.根据权利要求2所述的一种变压器油流测速方法，其特征在于：发射器发射的超声波与水平面夹角，即发射角为θ，θ的范围在30
°
到60
°
之间。4.根据权利要求3所述的一种变压器油流测速方法，其特征在于：步骤2中，校正方法为：将实际传播路径与水平面夹角替换原来的发射角，并重新整理油流速的表达式，再结合递推最小二乘法确定对应的系数大小，最后得到校正后的油流速计算式。5.根据权利要求4所述的一种变压器油流测速方法，其特征在于：步骤2中，校正后的油流速计算式为：其中，v为绝缘油水平方向的流速；c为超声波在绝缘油中的传播速度；f0为发射器发出超声波的频率；f2接收器接受到的频率，即回波信号频率；k1为cosθ与cosθ1的比例系数；k2为cosθ与cosθ2的比例系数；θ1为超声波顺流传播时与水平面夹角；θ2为逆流传播时与水平面夹角。6.根据权利要求5所述的一种变压器油流测速方法，其特征在于：所述k1和k2的数值求取方法如下：根据式(6)并测定不同流速下的f0k1+f2k2大小，结合递推最小二乘法，求出k1和k2的数值。7.根据权利要求1所述的一种变压器油流测速方法，其特征在于：步骤3中，将误差校正后的油流速和设定的流速阈值进行比较，当满足v
oil
‑
v
set
≥0时，判定变压器发生内部故障，发出报警信号；其中，v
oil
是连接管内误差校正后的油流速，v
set
是设定的流速阈值。8.一种实现权利要求1
‑
7任意一项所述的变压器油流测速方法的变压器油流测速装置，包括超声波测速模块、滤波模块、A/D转换模块、微处理器、显示模块和报警模块，其特征
在于：所述超声波测速模块，用于对变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尧，韩伟，马伟东，汤晓君，刘磊，郭培，肖超，刘超，宋闯，王阳，陈宇，王默，吴春红，孔圣立，段文岩，党一奇，黄连鹏，王浩，丁元杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：