基于超声波阵列的变压器绕组变形三维成像检测系统

发布时间：2020-03-26 02:41

【摘要】：绕组变形是电力变压器健康运行的重要威胁。由于直观性好、安全性突出等优点,超声波方法在绕组变形检测领域得到了应用。但是,目前的绕组单路超声波方法检测效率低且检测范围受限。因此,本文提出了绕组超声波阵列检测方法,并研发出基于超声波阵列的变压器绕组变形三维成像检测系统。该系统能够实现对绕组变形的高效、直观、量化的三维成像带电检测。首先,针对单路超声波检测方法的缺陷,提出了绕组超声波阵列检测方法,利用多路超声波进行绕组检测,能够显著提高检测效率。在此基础上,提出绕组多点阵列式三维坐标生成算法和绕组变形量化表示算法,能够根据超声波阵列传播时间和换能器阵列位置,快速地生成绕组多点三维坐标,并对绕组变形进行量化表示,从而形成了绕组多点阵列式三维成像检测方法。该方法采用发射换能器与绕组表面之间距离作为绕组状态的特征量,能够适用于多种不同类型绕组变形,拓展了绕组变形的检测范围。其次,在超声波阵列检测方法的基础上,设计并研制出基于超声波阵列的绕组检测硬件系统。首先根据实际检测需求对超声波换能器进行了选型,接着设计了相匹配的超声波阵列发射高压驱动电路、回波处理电路以及温度补偿电路,最终形成了绕组超声波阵列检测硬件系统。该系统能够发射足够强度的高频超声波,可对变压器外壳进行穿透,从而在变压器正常运行的情况下对绕组进行多路超声波检测,一次就能传输绕组多点的检测数据到上位机,实现了高效、快捷的绕组带电检测。最后,设计并开发出基于超声波阵列的绕组三维成像检测软件系统。该软件能够对绕组多点的超声波检测数据进行处理,快速地生成绕组的三维状态表示图并对绕组变形进行分析,从而得出变压器绕组变形的具体程度、性质以及位置。系统实现了对绕组变形的直观、量化显示,能够对实际检修工作起到很好的指导作用。
【图文】：

电力变压器,绕组变形,局部变形,变压器绕组变形

图 1-1 110kV 及以上电力变压器事故损坏部位分布图Fig.1-1 Damaged parts distribution of 110kV and above power transformer accident变压器绕组变形是指绕组线圈在机械力和电动力的作用下发生形状、尺逆的变化[17]。实际情况中，不当运输、老化乃至地震等因素都能导致电发生绕组变形[18-20]。变压器绕组变形种类主要包括整体位移和局部变形移包括整个绕组发生移位或部分绕组线圈发生移位等，但绕组在局部结未发生明显改变；局部变形包括线圈轴向局部变形、线圈径向局部变形在局部结构上发生了改变。由于变压器结构较为封闭，导致绕组变形检也极高。另外，从较低电压等级的配电变压器到 500kV 等高压等级的变压器，构和尺寸也不尽相同。同时，各等级变压器的实际工作环境也不同，造变形情况的多变性和复杂性。根据上述分析可知，，绕组变形检测是变压器故障检测中的重中之重，有变形检测方法能够对变压器事故起到预警作用，避免重大事故的发生[

超声波换能器

U(5)换能器阻抗特性一般实际应用中，发射换能器常与超声波发射前级电路相连，接收换能声波接收后级电路相连。因此，只有明确换能器的阻抗特性，才能选择的超声波换能器以及对超声波发射或接收电路进行正确设计。一般地，型超声波换能器，根据其等效电路，可以对换能器的阻抗、导纳和导纳进行计算，从而根据该参数对发射和接收电路进行参数设计。.2 超声波阵列参数介绍要实现超声波在变压器绝缘油中传播、反射，从而对变压器绕组进行状首先要选择液介质换能器，它产生的超声波能在变压器油中顺利传播。实际变压器有多种等级如 10kV，66kV，110kV，220kV 等。检测这些要求的测距量程不同，从数十厘米到数米不等。所以，要根据检测量程能器型号。本文根据超声波的基本参数和实际变压器检测要求，选择了频率为 4声波换能器，如图 3-1 所示。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM41

【参考文献】