[发明专利]一种在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的装置及方法

权利要求书

1.一种在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的装置，其特征在于，包括设置在变压器油箱外部的一个超声波发换能器、一个位于超声波发换能器旁边的超声波接换能器以及预警模块；所述超声波发换能器的发射端及超声波接换能器的接收端均为正对变压器油箱；所述超声波发换能器向变压器油箱内部发出特定频段的超声波，所述超声波接换能器接收所述超声波经油箱内部发射回来的反射波，将接收到的反射波波形及反射时间送入所述预警模块，由预警模块根据事先设定好的条件判断变压器凝冻厚度，从而判断该变压器是否符合运行条件。

2.根据权利要求1所述的在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的装置，其特征在于，所述超声波发换能器频段的选择在400K左右。

3.根据权利要求1所述的在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的装置，其特征在于，所述超声波发换能器与超声波接换能器之间的距离在5至10厘米。

4.一种在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的方法，其特征在于，在变压器油箱外部安放一个超声波发换能器，并在超声波发换能器旁边设置一个超声波接换能器，超声波接换能器的输出送入一个预警模块；使用超声波发换能器向变压器内部发出一个特定频率的超声波，所述超声波接换能器接收超声波经油箱内部发射回来的反射波，将接收到的反射波波形及反射时间送入所述预警模块，由预警模块根据事先设定好的条件判断变压器凝冻厚度，从而判断该变压器是否符合运行条件。

5.根据权利要求4所述的在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的方法，其特征在于，通过接收到的反射波反射时间来判断变压器凝冻厚度的方法是：通过测定超声波在凝冻层内往返传播的时间t，即可测出凝冻层厚度；其中凝冻层厚度如下公式所示：

       （1）

其中L为凝冻层厚度、c为超声波在凝冻住的绝缘油中的传播速率、t为超声波从超声波发换能器发出到超声波接换能器接收到的总时间。

6.根据权利要求5所述的在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的方法，其特征在于，为简化电路可以采用调整信号周期的方法，使周期数直接等于厚度，将超声波测量的凝结的绝缘油凝冻层厚为1cm所花费的时间t₀设置成为超声波的周期，那么该超声波的频率为1/t₀，传播时间t内包含的周期个数为N，则有：

t=t₀*N       （2）

代入（1）式得：

      （3）

因为                      （4）

则可得                H=N

这样，可直接将周期的计数结果作为绝缘油厚度的测量显示。

7.根据权利要求5所述的在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的方法，其特征在于，在利用所述方法进行检测时得到的结论是变压器内部已经完全凝结时，需要在变压器油箱的另一侧增加一个接换能器进行检测，通过发换能器发出的超声波能否被对面的接换能器接收到，及接收到的信号的强弱程度，用以区分变压器绝缘油未发生凝结或已经完全凝固的情况：当对面的接换能器无法收到超声信号或者信号已经衰减到无法识别的程度时可以判断为变压器绝缘油未凝结；当对面的接换能器很容易就能收到超声波信号，并且波形有明显的单纯锐角波时可以判断为变压器绝缘油已经完全凝固。

8.根据权利要求5所述的在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的方法，其特征在于，设变压器的变压器器身到油箱箱壁的距离为D，根据变压器绝缘油凝冻程度则有以下预警方案：

当L≤50%D 时，说明变压器可以正常运行，凝固的绝缘油并不影响变压器的正常运行；

当50%D≤L≤80%D 时，说明凝固的绝缘油已经影响到了变压器的正常运行，但一般情况下不会发生事故，因此在该状态下的变压器需要格外留意观察，并且在条件允许的情况下可以考虑增加该变压器的运行负荷来进行变压器解冻；

当L≥80%D 时，说明凝固的绝缘油已经严重影响到了变压器的正常运行，需要停机维护。