變壓器局部放電壓差式矢量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及變壓器檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于檢測(cè)變壓器油中局部放電 位置的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的要求也越來(lái)越高，而變壓器作為電力系 統(tǒng)中的樞紐，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。變壓器在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行 過(guò)程中由于絕緣老化、過(guò)電壓或者變壓器絕緣層結(jié)構(gòu)不均勻等問(wèn)題，容易導(dǎo)致局部絕緣性 能下降，這些絕緣弱化的部位會(huì)率先發(fā)生各種類型的放電，從而導(dǎo)致絕緣的進(jìn)一步受損，使 變壓器內(nèi)部發(fā)生各種短路故障。如果能在變壓器發(fā)生局部放電的初期及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，便可 以對(duì)變壓器進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)，從而避免更大事故的發(fā)生。
[0003] 自20世紀(jì)80年代以來(lái)，圍繞變壓器局部放電檢測(cè)已有大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā) 工作?，F(xiàn)有的變壓器局部放電定位方法主要有光定位法、電氣定位法、特高頻電磁波定位 法、X射線激勵(lì)定位法以及超聲波定位法等。其中超聲波定位法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲 波傳播的方向和時(shí)間來(lái)確定放電源的空間位置，由于其原理簡(jiǎn)單、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本 低、能實(shí)現(xiàn)直接幾何定位，因此應(yīng)用較為廣泛。
[0004] 傳統(tǒng)的方法是將標(biāo)量聲壓傳感器組成陣列，通過(guò)測(cè)量超聲波到達(dá)各個(gè)陣元時(shí)的相 位差，再利用一定的定向和定位算法實(shí)現(xiàn)局放源的定位。標(biāo)量聲壓傳感器靈敏度很低，無(wú)聲 場(chǎng)的方位信息，不能確定目標(biāo)，在聲強(qiáng)處理中，各向同性噪聲不能相互抵消，信噪比較低;并 且應(yīng)用在變壓器油中檢測(cè)局放的普通超聲定位裝置，由于干擾較多，噪聲影響較大，聲波可 能發(fā)生反射，導(dǎo)致檢測(cè)出與實(shí)際不相符的多個(gè)局放源的情況，造成定位失敗。
[0005] 本申請(qǐng)人的一項(xiàng)在先專利CN 201410414008.2公開了一種變壓器局部放電超聲矢 量陣列定位裝置，該定位裝置的超聲矢量陣元中包含三個(gè)壓電式速度傳感器和一個(gè)無(wú)線數(shù) 據(jù)采集模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器局部放電位置的準(zhǔn)確定位;但是對(duì)超聲波高頻信號(hào)的相應(yīng)效 果較差，并且在制作時(shí)要求其重心都必須位于球心上，加上尺寸較小、對(duì)密度較高的要求， 導(dǎo)致其制造工藝要求苛刻，不便于量產(chǎn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中缺陷，提供一種制作工藝簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng) 效果好、能夠?qū)ψ儔浩饔途植糠烹娢恢眠M(jìn)行精確定位的傳感器。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案如下。
[0008] 變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，包括球狀架構(gòu)，所述球狀架構(gòu)內(nèi)設(shè)置有六個(gè) 雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器，六個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器分別通過(guò)連接桿固定連接在 球狀架構(gòu)內(nèi)；六個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器到球心的距離相等;所述六個(gè)雙迭片彎曲壓 電陶瓷傳感器分為三組，每組兩個(gè)分別通過(guò)連接桿位于球狀架構(gòu)的同一直徑上，三組雙迭 片彎曲壓電陶瓷傳感器所在直線在空間位置上兩兩相互垂直;位于雙迭片彎曲壓電陶瓷傳 感器與球狀架構(gòu)的連接桿上設(shè)置有用于采集雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器數(shù)據(jù)并發(fā)送出去 的數(shù)據(jù)采集模塊。
[0009] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，所述球狀架構(gòu)至少包括三個(gè)固定圓環(huán)， 三個(gè)固定圓環(huán)同圓心且所在平面兩兩相互垂直;所述連接桿的外端與圓環(huán)固定連接。
[0010] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，所述連接桿為細(xì)長(zhǎng)型長(zhǎng)方體桿，連接桿 與雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器之間通過(guò)相卡裝的凸三棱柱和凹三棱柱連接。
[0011] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，每個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器分別通 過(guò)兩根連接桿固定連接在球狀架構(gòu)內(nèi)，位于球心處的六根連接桿的內(nèi)端相對(duì)接并設(shè)置在球 狀架構(gòu)的球心，靠近球狀架構(gòu)外沿的六根連接桿分別固定在球狀架構(gòu)上。
[0012] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，位于水平面上的圓環(huán)上還設(shè)置有兩根固 定桿，兩根固定桿垂直相交于球心。
[0013] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，所述圓環(huán)、連接桿以及固定桿分別采用 0.15mm厚的娃鋼片薄金屬片疊壓而成。
[0014] 由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型所取得的技術(shù)進(jìn)步效果如下。
[0015] 本實(shí)用新型可直接放置在變壓器油中，通過(guò)高頻載波通信模塊獲得變壓器油中的 局部放電超聲信號(hào)，進(jìn)而完成對(duì)局部放電源的定位，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、定位精確的 優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型中采用的壓差式矢量傳感器高頻響應(yīng)效果較好，雙迭片彎曲壓電陶瓷傳 感器無(wú)需進(jìn)行灌封，直接放在變壓器油中，能夠直接接收到高能量的超聲波信號(hào)，減輕了因 傳播介質(zhì)的增加而引起的衰減，和其他形式的傳感器相比具有顯著的高信噪比優(yōu)勢(shì)，定位 也更加準(zhǔn)確。
[0016] 本實(shí)用新型和傳統(tǒng)的單個(gè)聲壓傳感器相比，信號(hào)的輸出量是原來(lái)的四倍，輸出信 息量的增加大大改善了目標(biāo)方位估計(jì)的性能；單個(gè)壓差式矢量傳感器具有方向性，已經(jīng)可 以實(shí)現(xiàn)全方位的方向估計(jì);和同振式矢量傳感器相比，壓差式矢量傳感器的靈敏度隨著頻 率的增大而增大，因此對(duì)于變壓器內(nèi)部超高頻的超聲波信號(hào)的測(cè)量，壓差式矢量傳感器具 有更高的靈敏度，對(duì)目標(biāo)有更高的分辨能力。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型所述雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器與連接桿的連接邊界圖；
[0019] 圖3為本實(shí)用新型所述連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為本實(shí)用新型所述雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖5為本實(shí)用新型所述高頻載波通信模塊的原理示意圖；
[0022] 圖6為本實(shí)用新型在應(yīng)用過(guò)程中的仿真結(jié)果圖。
[0023] 圖1中各標(biāo)號(hào)表示為：1.圓環(huán)支架，2.連接桿，21.凸三棱柱，3.雙迭片彎曲壓電陶 瓷傳感器，31.凹三棱柱，4.數(shù)據(jù)采集模塊，5.固定桿。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本實(shí)用新型包括球狀架構(gòu)，球狀架構(gòu)內(nèi)設(shè)置有六個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3、 六個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊4以及固定雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊的連接桿2。球狀 架構(gòu)包括至少三個(gè)固定圓環(huán)1，三個(gè)固定圓環(huán)同圓心，且所在平面兩兩相互垂直;本實(shí)施例 中，球狀架構(gòu)包括三個(gè)固定圓環(huán)，如圖1所示。
[0026] 六個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3分別通過(guò)連接桿2固定連接在球狀架構(gòu)的三個(gè) 固定圓環(huán)中，六個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3到球心的距離相等。六個(gè)雙迭片彎曲壓電陶 瓷傳感器分為三組，每組兩個(gè)分別通過(guò)連接桿位于固定圓環(huán)的同一直徑上，關(guān)于球心對(duì)稱， 三組雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器所在直線在空間位置上兩兩相互垂直。
[0027] 雙迭片彎曲壓電傳感器由一個(gè)圓形金屬膜片和一個(gè)圓形壓電陶瓷片粘接組成，壓 電陶瓷片上有銀電極，具有諧振阻抗低、易于匹配外部電路、易于施加阻尼、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。雙迭片傳感器在外部激勵(lì)下金屬膜片和壓電陶瓷片發(fā)生形變，呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)， 可以加大壓電傳感器在受力狀態(tài)下的變形程度，提高換能靈敏度。
[0028] 本實(shí)施例中，每個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3分別通過(guò)兩根連接桿2固定連接在 固定圓環(huán)中，連接同一個(gè)雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3的兩根連接桿位于圓環(huán)的同一條半 徑上，因此本實(shí)施例中，連接桿共設(shè)置12根，其中球心處的六根連接桿2的內(nèi)端相對(duì)接并設(shè) 置在球狀架構(gòu)的球心，靠近球狀構(gòu)架外沿的六根連接桿分別固定在固定圓環(huán)上。本實(shí)施例 中，連接桿2為細(xì)長(zhǎng)型長(zhǎng)方體桿，連接桿2與雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器之間通過(guò)相卡裝的 凸三棱柱和凹三棱柱連接，且凹三棱柱的夾角大于凸三棱柱夾角，具體如圖2所示，以便于 雙迭片