CN110196080A - 一种油浸式变压器内部故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油浸式变压器内部故障检测装置，该装置包括超声波检测组件、振动检测组件、特高频检测组件和信号融合组件，超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的外部罩设有屏蔽外壳，屏蔽外壳的底部固定连接有融合剂填充板，信号融合组件设置在屏蔽外壳的上端，超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件分别固定连接在融合剂填充板上，超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的信号输出端分别与信号融合组件通信连接，信号融合组件与信号分析显示终端通信连接。本发明提供的油浸式变压器内部故障检测装置，能够同时检测多种类型故障信号，并可以屏蔽外界干扰，具有结构简单、检测范围广、检测结果准确的特点。

Description

一种油浸式变压器内部故障检测装置

技术领域

本发明涉及油浸式变压器故障检测技术领域，特别是涉及一种油浸式变压器内部故障检测装置。

背景技术

近几年，特高压技术和柔性输电技术得到了迅猛发展，电压等级和输电容量也在不断提升，但随之而来的设备安全问题也成为影响电网稳定运行的重要因素。电力变压器作为电力***的重要组成部分，是电力***中分布最广泛、造价高昂、结构复杂的电气设备之一，担负着电能传送和电压转换的重任，它的安全运行直接影响了整个电力***的安全性和稳定性。而变压器绝缘性能的优劣，常常成为影响其工作寿命的关键因素，因此对变压器的维修工作成为电力部门工作者的重要任务。随着电力网络的负荷加重，变压器发生故障的概率越来越高。另一个方面由于变压器结构复杂，发生问题时判断故障及检修故障也很复杂。一直以来，不管是事后维修，还是预防性维修，都无法根据变压器自身的故障特点满足维修要求。因此研究变压器的故障，对变压器早期出现的故障进行诊断研究，提高整个电力***供电的可靠性，有着十分重要的作用。

油浸式电力变压器的故障通常被分为外部故障和内部故障两种。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地(通过外壳)短路，引出线之间发生相间故障等从而引起变压器内部故障或绕组变形等。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。目前，在变压器所有故障中，发生变压器内部故障概率较大，常见的有变压器在运行中因长期过载或散热不良，有杂物落入绕组内，使温度长期过高，导致绝缘老化；变压器油位过低，可能导致瓦斯保护误动作，严重时，甚至会使变压器线圈或引线油面露出，引发绝缘击穿事故；变压器过负荷运行时，内部会发出很强烈的异响，在内部零件发生松动的情况下，会有不均匀的强烈噪声发出，若内部发生击穿或者接触不良，则会由于放电而发出吱吱的声音等。因此，为保证变压器的可靠运行，对其进行内部故障检测的研究是非常必要的。

目前，变压器故障的检测技术中，准确诊断故障的主要手段包括油中可燃性气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比和极化指数检测、绝缘介质损失角正切检测等油质检测和红外测温。但是，变压器结构复杂，所发生的故障也是多种多样，往往单一的检测方法并不能够及时发现变压器的内部故障原因，而且很多检测与试验方法往往需要变压器停电状态下才可以进行检测，因此，目前已有的变压器故障检测装置中存在检测状态量单一、检测精准低导致等一系列问题，设计不同类型设计一种能够有效地同时发现不同类型的变压器内部故障的装置，显的极为有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种油浸式变压器内部故障检测装置，能够同时检测多种类型故障信号，并可以屏蔽外界干扰，具有结构简单、检测范围广、检测结果准确的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种油浸式变压器内部故障检测装置，该装置包括超声波检测组件、振动检测组件、特高频检测组件和信号融合组件，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的外部罩设有屏蔽外壳，所述屏蔽外壳的底部固定连接有融合剂填充板，所述信号融合组件设置在所述屏蔽外壳的上端，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件分别固定连接在所述融合剂填充板上，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的信号输出端分别与所述信号融合组件通信连接，所述信号融合组件与信号分析显示终端通信连接。

可选的，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的信号输出端分别连接有信号输出线，所述信号输出线连接有单一信号输出端口，所述单一信号输出端口固定嵌设在所述屏蔽外壳的顶部，所述单一信号输出端口通过信号连接线与所述信号融合组件连接，所述信号融合组件上设置有融合信号输出端口，所述融合信号输出端口通过信号连接线连接到信号分析显示终端。

可选的，所述超声波检测组件用于检测频宽在20kHz-200kHz的超声波信号，所述超声波检测组件包括陶瓷压电晶片和连接件，所述陶瓷压电晶片固定在所述连接件上，所述陶瓷压电晶片与所述融合剂填充板连接。

可选的，所述振动检测组件用于检测频率在100Hz-5kHz的振动信号，所述振动检测组件包括石英压电晶片、弹簧丝和质量块，所述质量块设置在所述石英压电晶片的上部，所述质量块内部设置有空腔，所述弹簧丝设置在所述空腔内，所述弹簧丝的一端与所述质量块连接，另一端与所述石英压电晶片连接，所述石英压电晶片与所述融合剂填充板连接。

可选的，所述特高频检测组件为小型微带天线，所述小型微带天线包括电介质层以及设置在电介质层上的导线层，所述电介质层与所述融合剂填充板连接，所述小型微带天线用于检测频宽在300MHz-3GHz之间的高频电磁波。

可选的，所述信号融合组件包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路、信号融合电路以及阻抗匹配电路。

可选的，所述信号分析显示终端包括信号显示模块、数据处理模块和数据存储模块，所述数据处理模块分别与所述信号显示模块和数据存储模块电性连接，所述信号分析显示终端用于分析和显示所述油浸式变压器内部故障检测装置采集到的信号。

可选的，所述屏蔽外壳包括间隔设置的多层金属板，相邻两层所述金属板之间设置有真空层。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的油浸式变压器内部故障检测装置设置有超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件，结构简单，功能完善，能够分别检测不同频段的信号，从而准确检测变压器内部不同类型的故障信号，尤其对局部放电、绕组变形和机械部件松动等故障能够分别进行准确检测；并利用信号融合组件对三组检测信号进行放大、滤波和融合，提高信号的采集效率和集成处理效率，由信号分析显示终端进行分析和显示，方便工作人员使用；超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件外部罩设有屏蔽外壳，屏蔽外壳采用真空与金属复合屏蔽方式，能够有效屏蔽外界电场、磁场或电磁场对内部检测组件的干扰，从而降低外界因素对检测结果的影响；在三组检测组件的前端设置耦合剂填充板，耦合剂填充板内部的耦合剂涂抹均匀，并且在最大程度上填充了所有的空气间隙，能够让检测更有效果，进一步提高检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例油浸式变压器内部故障检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例振动检测组件的结构示意图；

图3为本发明实施例特高频检测组件的结构示意图；

图4为本发明实施例信号融合组件的结构示意图；

图5为本发明实施例信号分析显示终端的结构示意图；

附图标记：1、超声波检测组件；2、振动检测组件；3、屏蔽外壳；4、融合信号输出端口；5、信号融合组件；6、单一信号输出端口；7、特高频检测组件；8、耦合剂填充板；9、信号输出线；10、石英压电晶片；11、质量块；12、弹簧丝；13、导线层；14、电介质层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种油浸式变压器内部故障检测装置，能够同时检测多种类型故障信号，并可以屏蔽外界干扰，具有结构简单、检测范围广、检测结果准确的特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例油浸式变压器内部故障检测装置的结构示意图，如图1所示，本发明提供的油浸式变压器内部故障检测装置包括包括超声波检测组件1、振动检测组件2、特高频检测组件7和信号融合组件5，所述超声波检测组件1、振动检测组件2和特高频检测组件7的外部罩设有屏蔽外壳3，所述屏蔽外壳3的底部固定连接有融合剂填充板8，所述信号融合组件5设置在所述屏蔽外壳3的上端，所述超声波检测组件1、振动检测组件2和特高频检测组件7分别固定连接在所述融合剂填充板8上，所述超声波检测组件1、振动检测组件2和特高频检测组件7的信号输出端分别与所述信号融合组件5通信连接，所述信号融合组件5与信号分析显示终端通信连接；所述超声波检测组件1、振动检测组件2和特高频检测组件7的信号输出端分别连接有信号输出线9，三根所述信号输出线9分别连接有单一信号输出端口6，三个所述单一信号输出端口6固定嵌设在所述屏蔽外壳3的顶部，所述单一信号输出端口6通过信号连接线与所述信号融合组件5连接，所述信号融合组件5上设置有融合信号输出端口4，所述融合信号输出端口4通过信号连接线连接到信号分析显示终端；所述超声波检测组件1用于检测频宽在20kHz-200kHz的超声波信号，所述超声波检测组件1包括陶瓷压电晶片和连接件，所述陶瓷压电晶片固定在所述连接件上，所述陶瓷压电晶片与所述融合剂填充板8连接，油浸式变压器内部由于油中含有气泡或油浸绝缘纸中气隙引起的局部放电时，气体分子间产生剧烈运动，在电场作用下气泡壁会受到压力，引起气泡壁振动产生频段在20kHz-200kHz的超声波，超声波经过变压器内部的绝缘油、变压器绕组和铁心传播到变压器壁，利用超声波检测组件1进行变压器局部放电进行检测。超声波检测组件1利用陶瓷压电晶片的压电效应实现电能、声能转换，陶瓷压电晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片，它的作用是将电能和声能互相转换，陶瓷压电晶片将变压器内部超声波信号转化成电能，并将信号传输至信号融合组件5。

如图1所示，所述屏蔽外壳3包括间隔设置的多层金属板，相邻两层所述金属板之间设置有真空层，屏蔽外壳采用0.2mm厚的不锈钢和洋白铜为材料，该屏蔽外壳采用多层金属屏蔽，且相邻两层金属板间部分进行抽真空处理，形成真空与金属复合作用的多层屏蔽方式，屏蔽外界电场、磁场或电磁场对内部检测组件的干扰，从而降低外界因素对检测结果的影响；所述耦合剂填充板8设置在故障检测装置底部，即三个检测组件的前端配置了耦合剂填充板8，由于平时耦合剂一般为涂抹在表面，但存在涂不均匀，仍存在空气缝隙等问题，从而造成检测不准确，利用耦合剂填充板8则可以使耦合剂涂抹均匀，并且在最大程度上填充了所有的空气间隙，能够让检测更有效果。

如图2所示，所述振动检测组件2用于检测频率在100Hz-5kHz的振动信号，所述振动检测组件2包括石英压电晶片10、弹簧丝12和质量块11，所述质量块11设置在所述石英压电晶片10的上部，所述质量块11内部设置有空腔，所述弹簧丝12设置在所述空腔内，所述弹簧丝12的一端与所述质量块11连接，另一端与所述石英压电晶片10连接，所述石英压电晶片10与所述融合剂填充板8连接，当油浸式变压器出现内部绕组变形或机械部件松动的故障时，变压器会产生振动，可能会产生频率在100Hz-5kHz内低频信号，该信号能通过变压器油传播到振动检测组件。变压器故障将会带动变压器发生振动，并将振动信号传播至振动检测组件2，其质量块11加在石英压电晶片10上的力也随之变化，石英压电晶片10在一定方向上受力变形，该石英压电晶片的压缩程度及压缩加速度将被检测。同时，其内部会产生极化现象，在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态。在一定条件下，石英压电晶片受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成正比，公式为：

C＝lsa

式中，C为石英压电晶片输出的电荷；l为石英压电晶片的压电张量；a为石英压电晶片受振时压缩的平均加速度值；s为振动组件中石英压电晶片敏感质量值，即受振时压缩的平均加速度值所对应的感应质量值。通过石英压电晶片输出的电荷，即能获得振动的幅度及频率，从而判断该变压器内部是否产生故障而造成振动。

如图3所示，所述特高频检测组件7为小型微带天线，所述小型微带天线包括电介质层14以及设置在电介质层14上的导线层13，所述电介质层14与所述融合剂填充板8连接；当变压器内部发生局部放电故障时，将会产生频宽在300MHz-3GHz之间的高频电磁波，其频率远高于实际工作中的噪声干扰和其它电磁干扰的频率，通过检测300MHz-3GHz的高频信号可以发现变压器内部局部放电故障，本发明设计的小型微带天线能够检测300MHz-3GHz的高频信号，当变压器发生局部放电故障时，小型微带天线可以检测出变压器内部高频信号，导线层13的材质为铜，线宽1cm，电介质层14是材质为玻璃纤维环氧树脂覆铜板耐燃材料FR4，边长为4厘米的正方形覆铜板，导线层13与信号输出线9连接；当变压器内部故障发出300MHz-3GHz的特高频信号时，通过小型微型天线进行对300MHz-3GHz的特高频信号进行检测，小型微型天线可以接收局部放电的特高频信号，从而根据接收的特高频信号变化来诊断变压器内部故障。小型微型天线主要依靠电压驻波比、带宽、增益和天线效率等参数，其中电压驻波比表征天线与馈线的阻抗匹配情况，其值介于1到无穷大之间，带宽指指天线的主要电气参数如增益、电压驻波比等都满足要求时的频率范围，带宽和增益相互矛盾，其他条件相同时，带宽越宽，增益越小，天线增益是指在同一距离及相同输入功率的条件下，实际天线与理想的辐射单元在最大辐射方向上的功率密度之比，即可表示为：

式中，G表示该小型微型天线增益、D表示小型微型天线带宽以及u则表示电压驻波比。对源点的电流密度进行计算，并选择适当的基函数展开式和试验函数，可将积分方程化为矩阵方程，从而可解出贴片电流并用来计算天线特性，公式为：

式中，E表示故障点振动幅值，u表示电压驻波比，w表示该小型微型天线的接收频率、J表示该小型微型天线的功率、V表示所感应电压以及j表示匹配阻抗值G表示该小型微型天线增益。从而获得故障点的频率信号及其对应的振动幅值，最后判断出该变压器内部是否产生相对应频率的相关故障。

如图4所示，所述信号融合组件包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路、信号融合电路以及阻抗匹配电路；超声波检测组件1、振动检测组件2、特高频检测组件7检测的变压器内部故障信号通过信号输出线9传输信号融合组件5，信号融合组件5内部经信号放大电路、信号滤波电路、信号融合电路以及阻抗匹配电路将信号放大、滤波后，再经信号融合电路组合成一路信号，再经信号阻抗匹配电路传输至信号分析显示终端。

如图5所示，所述信号分析显示终端包括信号显示模块、数据处理模块和数据存储模块，所述数据处理模块分别与所述信号显示模块和数据存储模块电性连接，所述信号分析显示终端用于分析和显示所述油浸式变压器内部故障检测装置采集到的信号。

本发明提供的油浸式变压器内部故障检测装置设置有超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件，结构简单，功能完善，能够分别检测不同频段的信号，从而准确检测变压器内部不同类型的故障信号，尤其对局部放电、绕组变形和机械部件松动等故障能够分别进行准确检测；并利用信号融合组件对三组检测信号进行放大、滤波和融合，提高信号的采集效率和集成处理效率，由信号分析显示终端进行分析和显示，方便工作人员使用；超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件外部罩设有屏蔽外壳，屏蔽外壳采用真空与金属复合屏蔽方式，能够有效屏蔽外界电场、磁场或电磁场对内部检测组件的干扰，从而降低外界因素对检测结果的影响；在三组检测组件的前端设置耦合剂填充板，耦合剂填充板内部的耦合剂涂抹均匀，并且在最大程度上填充了所有的空气间隙，能够让检测更有效果，进一步提高检测结果的准确性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，包括超声波检测组件、振动检测组件、特高频检测组件和信号融合组件，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的外部罩设有屏蔽外壳，所述屏蔽外壳的底部固定连接有融合剂填充板，所述信号融合组件设置在所述屏蔽外壳的上端，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件分别固定连接在所述融合剂填充板上，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的信号输出端分别与所述信号融合组件通信连接，所述信号融合组件与信号分析显示终端通信连接。

2.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述超声波检测组件、振动检测组件和特高频检测组件的信号输出端分别连接有信号输出线，所述信号输出线连接有单一信号输出端口，所述单一信号输出端口固定嵌设在所述屏蔽外壳的顶部，所述单一信号输出端口通过信号连接线与所述信号融合组件连接，所述信号融合组件上设置有融合信号输出端口，所述融合信号输出端口通过信号连接线连接到信号分析显示终端。

3.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述超声波检测组件用于检测频宽在20kHz-200kHz的超声波信号，所述超声波检测组件包括陶瓷压电晶片和连接件，所述陶瓷压电晶片固定在所述连接件上，所述陶瓷压电晶片与所述融合剂填充板连接。

4.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述振动检测组件用于检测频率在100Hz-5kHz的振动信号，所述振动检测组件包括石英压电晶片、弹簧丝和质量块，所述质量块设置在所述石英压电晶片的上部，所述质量块内部设置有空腔，所述弹簧丝设置在所述空腔内，所述弹簧丝的一端与所述质量块连接，另一端与所述石英压电晶片连接，所述石英压电晶片与所述融合剂填充板连接。

5.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述特高频检测组件为小型微带天线，所述小型微带天线包括电介质层以及设置在电介质层上的导线层，所述电介质层与所述融合剂填充板连接，所述小型微带天线用于检测频宽在300MHz-3GHz之间的高频电磁波。

6.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述信号融合组件包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路、信号融合电路以及阻抗匹配电路。

7.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述信号分析显示终端包括信号显示模块、数据处理模块和数据存储模块，所述数据处理模块分别与所述信号显示模块和数据存储模块电性连接，所述信号分析显示终端用于分析和显示所述油浸式变压器内部故障检测装置采集到的信号。

8.根据权利要求1所述的油浸式变压器内部故障检测装置，其特征在于，所述屏蔽外壳包括间隔设置的多层金属板，相邻两层所述金属板之间设置有真空层。