[发明专利]一种高动态响应的油流速度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油流速度测量装置及测量方法，尤其涉及一种对管道中流速突变的绝缘油进行高动态响应测量的测量装置及测量方法。

背景技术

油浸式电力变压器和电抗器是目前电力系统广泛使用的高压设备，气体继电器保护也称重瓦斯保护则是油浸式电力变压器发生内部故障时最重要的一种保护措施。近年来各电力企业时常发生由于油浸式电力变压器本体瓦斯保护误动而引起变压器跳闸的故障，使电力系统和变压器可靠性运行水平和电力用户供电可靠性都受到影响。鉴于瓦斯保护装置对反映变压器绕组匝间短路或内部绝缘电弧的故障高度灵敏性和重要作用，一旦误动必须彻底查清误动原因，油浸式电力变压器本体无故障后方可投运，从而增加了大量现场工作，因此必须采取措施杜绝瓦斯保护误动。

油浸式电力变压器中瓦斯继电器的重瓦斯保护是依靠变压器本体内部的绝缘油向油枕涌动实现的，当变压器箱体内压力升高时，绝缘油向油枕涌动时将冲击瓦斯继电器内部的挡板，当达到一定速度，挡板承载压力超过整定值设置压力时，触点闭合。由此可见，管道内的绝缘油流速情况直接反应了瓦斯继电器挡板所承受油流压力的大小，绝缘油流的流速大小和挡板压力成比例关系，因此，对研究管道油流速度的大小有很重要的意义，它对解决在现场应用中某些瓦斯误动，重瓦斯整定值的设置非常有帮助。

超声波流速计是利用超声波换能器产生超声波在测量介质中传播，来检测被测介质流体对波束传输时间的影响来达到检测目的的一种检测设备。目前以超声波为原理的流量计种类很多，技术也比较成熟，他们都具有流速测量功能，通过与测量管径换算成流量，这些流量计大都采用时差法原理，但根据时间差的测量方法的不相同，又细分为多脉冲时差法、频差法、相位差法等，还有使用专用时间测量芯片测时间的。这些测量方法的不同最终都归结为对时间差的测量的不同，因为如果流速计要达到足够的测量精度，就需要对事件时间间隔有足够的分辨率，就是说要能测的准更小的时间，常规的应用场合中，超声波测量的传递距离大都在200mm以内，声速在1400m/s左右。如果要达到千分之五的精度，就需要测量系统对时间的分辨率要达到10ps左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种高动态响应的油流速度测量装置及测量方法，能够对油浸式电力变压器本体管道中的绝缘油流进行高动态响应的油流速测量，具有动态响应高、采样时间短和采样率高的优点，为解决浸式电力变压器的瓦斯误动和重瓦斯整定值的设置提供帮助。

本发明采用下述技术方案：

一种高动态响应的油流速度测量装置，包括通过Z法安装在管道两侧的两套相同的超声波换能器装置，两套超声波换能器装置的驱动信号输入端连接同一个驱动信号产生装置，两套超声波换能器装置的信号输出端分别连接处理装置的信号输入端，所述的处理装置包括分别连接两套超声波换能器装置信号输出端的第一滤波模块和第二滤波模块，第一滤波模块通过第一运算放大器连接模数转换模块的第一输入端，第二滤波模块通过第二运算放大器连接模数转换模块的第二输入端，模数转换模块的信号输出端连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端连接显示模块。

所述第一滤波模块和第二滤波模块采用低通滤波器。

所述模数转换模块采用同步采样模数转换器。

所述处理模块的信号输入端连接按键输入模块。

利用权利要求1所述高动态响应的油流速度测量装置的油流速度测量方法，包括以下步骤：

A：在管道两侧用Z法安装两套相同的超声波换能器装置，使用同一个驱动信号产生装置同时驱动两套超声波换能器装置；

B：对两套超声波换能器装置分别输出的电信号使用同步采样技术进行采样，并将两组电信号分别进行滤波、放大和模数转换处理，然后将处理后的信号送至处理模块；

C：处理模块通过DFT算法计算出两组信号的相位差，并利用相位差计算得出时间差，然后根据两套超声波换能器装置的安装方式求得油流传输瞬时速度。

所述的步骤B中，利用低通滤波器进行滤波。

所述的步骤B中在进行同步采样时，采样频率是超声波换能器装置发出的驱动信号频率的32倍。

所述的步骤C中,油流传输瞬时速度的计算方法如下：

C1：处理模块通过DFT算法计算出两组信号的相位差，其中离散傅里叶变换DFT公式为：