[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

说明书

技术领域

本发明属于输变电设备变压器监测与保护领域，具体地说涉及检测变压器在极寒环境下内部凝冻情况的装置及方法。

背景技术

我国北方冬季比较寒冷，在冬季，我国部分地区的气温可以到达-30℃，某些特殊地区例如高海拔的山区甚至可以到达-50℃甚至更低。在这极端寒冷的情况下，对输变电设备造成了很大的影响，其中有一种情况为变压器内部凝冻，当变压器凝结时，可能使变压器器身变形或内部绝缘损坏等问题。变压器是输变电行业中的关键设备，它能否正常运行，直接影响整个电网的安全稳定，因此至今为止对于变压器已经出现了大量的状态监测与在线监测的手段来反应变压器内部运行情况，从而尽早发现变压器内部隐患，保证变压器的安全稳定运行。但是，现今为止尚未有变压器凝冻状况检测手段。迄今为止，预防变压器内部凝冻的主要方法为使用凝固点更高的变压器绝缘油与增大变压器负荷利用其自身发热防止内部凝冻。但是，现今变压器绝缘油的凝固点最低只能到-45℃，无法满足我国部分特殊地区的要求，并且变压器的负荷由电网实际情况所决定，因此在不知道变压器内部实际凝结情况下，无法做到正确负荷调度投切来降低凝结灾害的影响。

有鉴于此，本发明提供一种在极寒环境下电力变压器油凝冻预警的装置及方法，以满足实际应用需要。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种可以检测变压器内部凝冻实际情况的装置及方法，给变电站运维人员对变压器防冻策略以支撑。

本发明所采用的技术方案是：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。

如上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。

如上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。

本发明还提供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。

如上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。

如上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。