基于超聲波法的充油瓷套油位帶電檢測儀設(shè)計

基于超聲波法的充油瓷套油位帶電檢測儀設(shè)計

目前，每個供電站都有大量充油瓷套。如果管道中的油位低，會影響裝置的性能，并會給設(shè)備帶來潛在的安全風(fēng)險。傳統(tǒng)上采用玻璃視窗的方法監(jiān)測油位,但由于運行后玻璃視窗易受污染變臟,而導(dǎo)致無法準(zhǔn)確通過視窗判斷套管中油界面的位置;日常采用停電后觀察的方法進(jìn)行油位檢查,但由于停電周期安排不當(dāng),會使設(shè)備帶隱患運行,且定期斷電會給國民經(jīng)濟(jì)造成損失。根據(jù)DL664-2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》要求,采用紅外法觀測套管內(nèi)油位,但是目前該方法受環(huán)境溫度、周圍紅外射線干擾等外界因素影響,致使檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差,存在一定局限性。以下介紹了一種基于超聲波的瓷套油位檢測方法。1陶瓷和氣超聲波在固-液界面的反射電脈沖發(fā)生器電路產(chǎn)生高頻電脈沖,電振蕩作用于探頭上,激勵探頭中的壓電晶片發(fā)生逆壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號并向瓷套發(fā)射,超聲波穿過瓷套側(cè)壁后,如果此位置沒有油,由于陶瓷和氣的聲阻抗差異很大,超聲波在固-氣界面極大部分能量被反射回;如果此位置有油,由于陶瓷和油的聲阻抗差異較小,超聲波穿過固-液界面時少部分能量被反射回來;反射回來的超聲波被探頭中的壓電晶片接收,激勵壓電晶片發(fā)生正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電信號,電信號經(jīng)放大和檢波,并經(jīng)分析計算,即可根據(jù)反射回的能量大小判定瓷套中有沒有油,返回能量大說明此處無油,返回能量小說明此處有油。2油覆蓋油位電壓試驗2.1超聲信號采集該試驗以超聲傳播路徑檢測法為機理,利用C8051f處理器發(fā)射頻率為120K左右的脈沖序列,經(jīng)過功放電路放大至400V,驅(qū)動發(fā)射探頭發(fā)出超聲信號。相鄰的接收探頭接收經(jīng)過傳播及損耗的聲信號,然后以5M的采樣速率對此信號進(jìn)行采集并作為原始聲信號數(shù)據(jù)存入計算機系統(tǒng)。其模型見圖1。瓷套上有傘群結(jié)構(gòu),給試驗帶來困難,為簡化試驗,試驗對象去除傘群,設(shè)計為為圓柱形陶瓷罐體。根據(jù)電壓等級不同,瓷套的壁厚在15~40mm范圍內(nèi),因此,設(shè)計的試驗對象為直徑0.3m、高1m、厚20mm的圓柱罐體,其材質(zhì)為陶瓷,內(nèi)部液體為變壓器油。2.2接頭信號采集a.在發(fā)射和接收探頭表面涂抹耦合劑,壓緊吸附在測試罐體表面。探頭直徑為10cm,兩探頭中心間隔為10cm。b.通過發(fā)射模塊驅(qū)動發(fā)射探頭,接收探頭采集接收信號,經(jīng)過5M采樣率將數(shù)據(jù)存入計算機。c.在罐體無液的情況下,采集接收探頭聲信號。每次采集時段間隔為2h,在該環(huán)境下采集8次。d.往罐體中注油,采集數(shù)據(jù)和上述步驟c相同。2.3超聲波法測定套管內(nèi)油位的可行性圖2和圖3分別是在有液和無液狀態(tài)下測得的接收信號的幅域和頻域比較圖。由圖中可以看出,在有液狀態(tài)下,超聲波的回波信號的幅域和頻域較無液狀態(tài)下均大幅度降低。因此采用超聲波法測定套管內(nèi)油位是可行的。(說明:計算機顯示的幅域和頻域值是經(jīng)過電腦軟件計算后的相對值,無量綱,表示信號能量的大小)3超聲波電源系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)以上試驗情況,對瓷套油位帶電檢測儀進(jìn)行了設(shè)計,其構(gòu)成包括:供電系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、探頭、信號處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)。瓷套油位檢測儀器工作原理及結(jié)構(gòu)示意見圖4、圖5。3.2超聲沖插裝系統(tǒng)a.供電系統(tǒng):持續(xù)不斷給儀器各部分提供電力。b.超聲波發(fā)生器:即電脈沖發(fā)生器。主要由同步電路和發(fā)射電路構(gòu)成,電源激發(fā)同步電路,使同步電路每秒鐘產(chǎn)生數(shù)千個電脈沖,發(fā)射電路被同步電路產(chǎn)生的脈沖信號觸發(fā)后利用其自身的閘流管和可控硅的開關(guān)特性,產(chǎn)生幾百V至上千V的電脈沖并作用于探頭上。c.探頭:核心部件是壓電晶片,利用其正壓電效應(yīng)和負(fù)壓電效應(yīng)完成聲信號-電信號的轉(zhuǎn)換。電脈沖激發(fā)壓電晶片,產(chǎn)生超聲波;探頭接收回波后激發(fā)壓電晶片,產(chǎn)生電信號。由于探頭的檢測位置為瓷套相鄰兩傘群間的狹小部位,因此探頭的尺寸不宜過大。d.信號處理系統(tǒng):處理探頭接收的超聲回波,即電信號。其主要功能是放大、檢波、提取信息、識別差異。e.顯示系統(tǒng):對測試結(jié)果進(jìn)行顯示。4充覆液位電壓計的應(yīng)用4.1瓷套油位測定該儀器通過了實驗室的各項測試,并在國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司、國網(wǎng)天津市電力公司城南供電分公司和山東魯特電工股份有限公司進(jìn)行了應(yīng)用,對2個在運變電站、1個基建變電站共計56支瓷套進(jìn)行了油位測定。4.2部油位偏低,壓力大,運行不穩(wěn)定使用該方法可有效檢測瓷套的內(nèi)部油位,在實際應(yīng)用中共發(fā)現(xiàn)3支電容式套管內(nèi)部油位偏低,其中一支已在停電時進(jìn)行了充油,另2支計劃合理安排停電時機,對其進(jìn)行充油作業(yè),保障設(shè)備的安全運行。應(yīng)用效果表明,采用該方法可實現(xiàn)瓷套內(nèi)部油位的帶電檢測,可在電力行業(yè)及瓷套生產(chǎn)安裝單位廣泛推廣應(yīng)用。5a.缺失桿檢測a.變電站中電磁輻射較強,電磁輻射會影響儀器內(nèi)元件的正常工作,因此儀器的外殼可用鋁合金制成,起到屏蔽電磁輻射的作用。b.瓷套離地面較高且?guī)щ?為保證檢測人員與設(shè)備安全,可將探頭固定在絕緣桿上,由檢測人員控制絕緣桿來完成檢測工作。也可制作專用的夾持工具。c.實際檢測中應(yīng)使探頭垂直緊貼瓷套外壁,檢測部位應(yīng)為瓷套相鄰兩傘群間瓷套外壁。在同一水平面取多點進(jìn)行測量,以結(jié)果概率大者為最終結(jié)果(避免傘裙及未知因素的干擾)。d.液面判斷:如果某位置檢測結(jié)果顯示“有油”,而其上部緊鄰傘裙上方檢測位置的檢測結(jié)果顯示“無油”,則說