CN117109698A - 一种谐振频率分析变压器油位的方法 - Google Patents

Abstract

一种谐振频率分析变压器油位的方法，属变压器运行管理领域。设置一发声装置，将该发声装置设置在变压器油枕的上方，对变压器油枕释放特定频率的声波；使用一声音接收装置，沿着变压器油枕外壁从上向下移动，测得绝缘油的振动频率峰值与空气振动频率峰值变化，即可判别出变压器油枕内绝缘油的液面高度。其运用声学原理与谐振相结合，对变压器油枕释放特定频率的声波；在油枕壁上测频率响应，进而确定变压器油枕内的油面位置。其不破坏变压器油枕的密封性，极大地缩短了油位测量时间，简便易行，实施过程中需要的耗时少，所需人员少，不牵扯到现场物资的耗费，减少了油位检测工作实施过程中的人力物力支出。可广泛用于电力变压器的运行检测领域。

Description

一种谐振频率分析变压器油位的方法

技术领域

本发明属于电力设备运行管理领域，尤其涉及一种用于测量变压器油枕中油位的方法。

背景技术

目前随着电网的建设与发展，电网供电对设备运行可靠性要求越来越高。

某供电公司目前有35千伏及以上主变压器140余台，主变压器是电网重要设备，变压器油是变压器重要部分，起绝缘、散热、消弧作用，保证变压器正常运行。

确保电力系统的可靠运行，必须对运维管理实施严格监控，确保其安全性能，并找出电力设备经常出现的一些问题，对设备进行定期巡检，以保证电力系统高效运行，尽可能杜绝运行故障的发生。

现场工作人员可以借助各式各样的传感器，采取科学性强、最具合理性的评测估量办法，及时获取电力设备的运行状态各系列参数，提前预判设备状态，并做出严谨规格的分析。

变压器油位计是保障变压器油散热和绝缘的重要组件。

变压器油位计通常可分为针式油位计和管式油位计两大类，但是油位计指针卡涩异常(针式油位计经常发生)、示油管堵塞(管式油位计容易发生)等会造成油位指示不正确，不能保证设备的可靠运行，也使设备处于隐患运行工况。

目前某变运在日常巡视中发现有城X、望X等5台主变压器油枕油位异常，如：2022年假油位典型缺陷之一，城X站主变油位计中油位管已不能实际显示油枕油位，造成油位不正确的缺陷假象。

变压器油枕油位检查是运维一线的重要工作。当发生油位指示缺陷后，检测方法有：1、红外测温，依据油枕温度来测量，大致显示油位，但受户外高温阳光直射等情况影响；2、虹吸导管，临时连接变压器油枕放油处导管，导管竖直与油枕垂直，用虹吸原理显示油位，此方法是现场油位测量的主要方法，但需配置工作班人员，测量时间也较长。而目前主变数量多，发生油位不正确缺陷概率增加，加重了运检人员处理缺陷的任务和时间，而油位异常也是困扰运维一线的重要难题，所以解决测量油枕油位迫在眉睫。

授权公告日为2022.05.31，授权公告号为CN 216645507 U的实用新型专利，公开了了一种变压器油枕油位测量装置，包括设置在变压器储油柜旁的测量油柱、第一压力传感器、第二压力传感器、测试仪；所述测量油柱的顶端设有放气阀、下部设有进油口，进油口通过油管与变压器储油柜的下部连接；所述第一压力传感器与第二压力传感器设置在测量油柱的中部，且两者之间的垂直高度为固定距离；所述测试仪采集第一压力传感器和第二压力传感器测量位置的油压，得出变压器储油柜的油面高度及油枕的上下沿高度。该技术方案测量方法简单，能够有效地排除虚假油位的干扰，提升检修效率和质量；通过两个传感器使液体密度不影响液位高度的测量，显著提高了测量精确度。但是其基本原理还是依赖于虹吸导管的测量原理。其实施过程中需配置工作班人员，测量时间也较长，亦无发避免示油管堵塞的问题。

如何能够有效地排除虚假油位的干扰，提升检修效率和质量，不影响供电，实现高效、实用的电力变压器油枕油位测试，是现场运维工作中急待解决的实际问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种谐振频率分析变压器油位的方法。其通过使用输出特定频率的声频，对电力变压器油枕施加指定频率的声频，对电力变压器油枕施加指定频率的声频敲击，同时使用声频接收装置，检测绝缘油的振动频率峰值与油枕内空气振动频率峰值变化，即可判别出变压器油枕内绝缘油的液面高度。。

本发明的技术方案是：提供一种谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是：

设置一个发声装置，将该发声装置吸附在变压器油枕的上方，对变压器油枕释放特定频率的声波；

使用一个声音接收装置，沿着变压器油枕外壁从上向下移动，测得绝缘油的振动频率峰值与空气振动频率峰值变化，即可判别出变压器油枕内绝缘油的液面高度；

所述谐振频率分析变压器油位的方法，运用声学原理与谐振相结合，对变压器油枕释放特定频率的声波；在油枕壁上测频率响应，进而确定变压器油枕内的油面位置。

具体的，所述的变压器油枕为横置式金属壁密封状态的变压器油枕。

进一步的，在所述在油枕上方发射固定频率为特定频率或指定频率的声频，引起油枕内谐振频率发生变化，在油枕壁上测频率响应，进而确定油枕内的油面位置。

具体的，所述的发声装置用于对油枕发出特定频率或指定频率的声频，对变压器油枕施加特定频率或指定频率的振动。

进一步的，在对油枕发出特定频率或指定频率的声频后，用声音接收装置找出油枕声音频率的低谷相应点；只需要测量频率的峰低谷响应变化，即可确定油枕内油面的位置。

具体的，所述的声音接收装置为一接收特定频率或指定频率的声频接收装置。

进一步的，所述的特定频率或指定频率为3.8Khz。

具体的，所述的声频发声装置主安放在变压器油枕上方，发出持续特定频率的音频声响，引起变压器油枕内部空气与变压器油的谐振。

进一步的，所述谐振频率分析变压器油位的方法，通过声音接收装置沿油枕壁检测，感测变压器油的谐振变化，若谐振数值突变，即为油枕中实际油位位置。

进一步的，所述的声音接收装置检测变压器油枕上方声频发生器发出的谐振音频，在变压器油枕中的空气与油位的谐振音波响应。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本发明的技术方案，根据声音频谱在密闭式变压器油枕模型上测试得出的数据结论，通过一个能够主动发出特定声波频率的发生装置，对变压器油枕施加指定频率的声波，该声频可以谐振出密闭金属变压器油枕内油位情况；同时使用具有特定接受频率的声频接接收装置，接收、测定油枕对这个特定频率的谐振波，即可来判别变压器油位；

2.本发明的技术方案，无需打开密闭的变压器油枕，亦无需对变压器油枕内进行任何的操作，不破坏变压器油枕的密封性，不会引起油枕内变压器油的挥发或流失，极大地缩短了油位测量时间；

3.本发明的技术方案，简便易行，实施过程中需要的耗时少，所需人员少，不牵扯到现场物资的耗费，减少了油位检测工作实施过程中的人力物力支出。

附图说明

图1是本发明技术方案的示意图；

图2是本发明油枕油位现场测量方法流程方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

现在，对于运行中的主变压器的油液面校准测量方法有：

1)红外测温：依据油枕温度来测量，大致显示油位，但受户外高温阳光直射等情况影响；

2)超声波(雷达)液位测量：由超声波器(雷达)发射信号至油位反射回馈，测量准确，但需装设信号发射器至变压器油同容积油箱内，且又因变压器油枕外壳是全金属密闭结构，这种全金属外壳反射超声波信号，所以不能使用超声波测得油枕内变压器油液面的高度；

3)压强测定：通过油枕内压力传感器与本体底部油压力传感器压力差计算得出油位位置，该方法只能对单一变压器油位测量有针对性；

4)虹吸导管：临时连接变压器油枕放油处导管，导管竖直与油枕垂直，用虹吸原理显示油位，此方法是现场油位测量的主要方法，但需配置工作班人员，测量时间也较长。

为了能够现场快速检验分析变压器油位，本技术方案突破传统现场检测的方法，提出了一种新的技术方案，其运用声学原理与谐振相结合，根据声音频谱在变压器油枕模型上测试得出的数据结论，设计一种能够主动发出特定声波频率的发声装置，使其他测量装置通过测定这个特定的声波频率来判别变压器油位。

根据物体特性：“共振是自然界中一种普遍、频繁的现象，物理系统在驱动力的作用下做受迫振动，若系统阻尼很小，当驱动力频率等于系统的固有频率时，此时受迫振动的振幅最大，发生共振，这一特定频率也称为共振频率”，也就是说物体在不同系统同等驱动力下振动并不相同。

又，根据密度测量原理振动方程，振动频率可以利用如下公式进行计算：

式中：f为振动频率；k为常数；E为杨氏模量；I为转动惯量；m_t为振动管质量；m_f为振动管内液体质量。

当振动管内部有沉淀物(包括液体)附着时，振动管的振动频率将会发生变化:

式中：M为管内附着物和液体质量之和。

即值发生变化(振动频率)值发生变化，根据以上物理理论及计算公式，使用特定振动频率(亦称指定频率)对管状密闭变压器油枕敲击，引起油枕内变压器油有规律的震动，会引起管状密闭变压器油枕内的绝缘油振动峰值、并与管状密闭变压器油枕内空气的振动峰值频率段相区别。

如图1中所示，本发明的技术方案，依据物理理论及“变压器油枕振动实验装置”数据结论，将电信号转化为声音振动方案，开发研制一种能够引起变压器油振动的特定声音频率的发声装置(亦称谐振声频发生器或电力变压器油枕油位测试发生器)，对变压器油枕释放特定频率的声波；然后，再使用特定的仪器(实为特定频率声波的声音接收装置)测得绝缘油的振动频率峰值与空气振动频率峰值变化，即可判别出变压器油枕内绝缘油的液面高度。

进一步的，本发明的技术方案，在油枕上方发射固定频率为3.8Khz的声频(即前述的特定频率或指定频率的声频)，引起油枕内(谐振)频率发生变化，在油枕壁上测频率响应，确定油面位置。

本技术方案的特点：找出声音频率的低谷相应点。

只需要测量频率的峰低谷响应变化，即可确定油枕内油面的位置。相对来说，硬件结构简单且易于实现。

其声频发声装置主要作用是安放在变压器油枕上方，可以发出持续特定声响的频率音频，引起变压器油枕内部空气与变压器油的谐振。

通过声音接收装置沿油枕壁检测，感测变压器油的谐振变化。其中若谐振数值突变即为油枕中实际油位位置。

具体的，声音接收装置检测变压器油枕上方声频发生器发出的谐振音频，在变压器油枕中的空气与油位的谐振音波响应。

实施例1：

实际检测过程：

XX站,2021年11月投运，重庆某变压器有限公司生产，自然冷却散热方式，型号SZ11-50000，变压器油产地：克拉玛依，油位计显示4.2。

测试时，将声频发生器吸附在变压器主油枕上方，然后打开声频发生器电源开关，经过程序自检后，发出谐振声频。打开声音接收装置电源，将声音接收装置的咪头处紧贴沿着油枕壁从上往下移动：

a)当声音接收装置紧贴至变压器油枕上部不含变压器油部位，测试仪屏幕指针向右指满；

b)当声音接收装置向下不断移动时，测试仪屏幕指针向左指示并指针左右晃动，此部位即为变压器油枕实际油面；

c)当声音接收装置继续向下移动，测试仪屏幕指针又恢复向右指满。

测试完成，测试移动过程中，指针向左指示并指针左右晃动部位，即为变压器油枕实际油面。

:实施例2：

XX站,2017年1月投运，常州某公司生产，自然冷却散热方式，型号SZ11-80000，变压器油产地：克拉玛依，油位计显示5.1。

测试结果在油枕5左右，与实际油枕指示相符。

现场实际测试下来，证实了在3.8kHz频率下，会引起空气与变压器油的不同谐振，证实了该方法测量油位的可行性。

本发明的技术方案，为了解决现场电力变压器密闭金属油枕内油位无法测量的缺陷，根据电力变压器油枕结构、电力变压器油的物理特征(标准)、声频削谷理论、设计了一种能够在特定频率下引起油枕内变压器油震荡的装置(即为前述的声频发生器)，该装置能够发出特定无杂波的3.8K频率声频、经过滤波放大器放大，引起油枕内变压器油有规律的震动。该声频发生器现场工作时，依靠底部强磁吸附在运行变压器油枕壁上方，然后，运检人员运用本发明技术方案所述的手持式油位测试仪，可以很方便的感知油枕内油位，测试工作方便、迅捷。

采用本发明的技术方案进行现场变压器油枕油位的检测，与目前的其他测试方法相比，具有以下优点：

1)、油位测量时间极大的缩短；

2)、减少油位检测的人力、物力支出；

3)、为后续声频传感器的研究发展提供了现场依据。

本发明可广泛用于电力变压器的运行检测领域。

Claims (10)

1.一种谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是：

设置一个发声装置，将该发声装置吸附在变压器油枕的上方，对变压器油枕释放特定频率的声波；

使用一个声音接收装置，沿着变压器油枕外壁从上向下移动，测得绝缘油的振动频率峰值与空气振动频率峰值变化，即可判别出变压器油枕内绝缘油的液面高度；

所述谐振频率分析变压器油位的方法，运用声学原理与谐振相结合，对变压器油枕释放特定频率的声波；在油枕壁上测频率响应，进而确定变压器油枕内的油面位置。

2.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述的变压器油枕为横置式金属壁密封状态的变压器油枕。

3.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是在所述在油枕上方发射固定频率为特定频率或指定频率的声频，引起油枕内谐振频率发生变化，在油枕壁上测频率响应，进而确定油枕内的油面位置。

4.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述的发声装置用于对油枕发出特定频率或指定频率的声频，对变压器油枕施加特定频率或指定频率的振动。

5.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是在对油枕发出特定频率或指定频率的声频后，用声音接收装置找出油枕声音频率的低谷相应点；只需要测量频率的峰低谷响应变化，即可确定油枕内油面的位置。

6.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述的声音接收装置为一接收特定频率或指定频率的声频接收装置。

7.按照权利要求5或6所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述的特定频率或指定频率为3.8Khz。

8.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述的声频发声装置主安放在变压器油枕上方，发出持续特定频率的音频声响，引起变压器油枕内部空气与变压器油的谐振。

9.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述谐振频率分析变压器油位的方法，通过声音接收装置沿油枕壁检测，感测变压器油的谐振变化，若谐振数值突变，即为油枕中实际油位位置。

10.按照权利要求1所述的谐振频率分析变压器油位的方法，其特征是所述的声音接收装置检测变压器油枕上方声频发生器发出的谐振音频，在变压器油枕中的空气与油位的谐振音波响应。