[发明专利]一种超声检测充油瓷套内油位的方法

说明书

技术领域

本发明属于充油瓷套管的油位检测技术领域，具体涉及一种超声法检测充油瓷套内油位的方法。

背景技术

目前，各变电站的电缆终端都用充油瓷套管进行绝缘。但是，瓷套管内绝缘油会因漏油而导致液位降低，油位过低电场分布会改变甚至发生击穿事故，因而必须经常在线监测油位。由于瓷套管是外圆周分布有大量伞群的密闭结构，外形结构上的复杂性使传统的外贴式液位计测量无法实现。目前在线解决此问题的方法主要是利用在陶瓷/空气界面和陶瓷/油界面超声反射回波能量差异对瓷套内油位进行检测，但回波能量幅度差异易受表面耦合、瓷套壁厚变化、瓷套壁内余振波干涉、绝缘油老化等影响使信号不稳定易出现误判，严重时甚至掩盖这种差异甚至无法实现。

鉴于上面方法的不足，本专利提出一种利用超声波在界面多次反射回波衰减特性确定油位的方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种不受虚假回波干扰、灵敏度高、结果可靠的超声检测充油瓷套内油位的方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：该超声检测充油瓷套内油位的方法由以下步骤组成：

(1)采集界面的多次反射回波信号

将超声换能器的超声探头在检测点处与瓷套管外壁耦合，并发射超声波进入瓷套管壁，并在瓷套管壁内传播，按照常规方法提取n次界面反射回波信号，n为回波次数，且n＞1；

(2)提取n次界面反射回波的声压幅值p_ri并对其进行对数运算

提取步骤(1)所接收的n次界面反射回波信号的声压幅值，按照下述公式对其进行对数运算，得到第i次界面反射回波的相对幅度Δ_ri为：

Δ_ri＝ln p_ri

p_ri是第i次界面反射回波信号的声压幅值，i为1，2,3…n；

(3)以回波次数i和回波相对幅度Δ_ri为坐标描点并进行线性拟合，计算反射声波的平均声压衰减率

根据步骤(2)得到i次回波的相对幅度Δ_ri，以回波次数i为横坐标、回波相对幅度Δ_ri为纵坐标，形成一系列离散点，利用最小二乘拟合将这些点拟合成一条直线，所得直线斜率为反射声波的平均声压衰减率表示为：

(4)利用反射声波的平均声压衰减率计算瓷套管内介质的特性阻抗Z₂根据步骤(3)得到的反射声波的平均压衰减率值大小和公式得到瓷套管内介质的特性阻抗Z₂为：

Z₁为瓷套管壁材料的特性阻抗，Z₂为瓷套管内介质的特性阻；

(5)评定瓷套管内介质

将步骤(4)所得瓷套管内介质特性阻抗Z₂与特定温度下空气的特性阻抗标准值进行比较，若结果相近，即可判断出瓷套管内的介质为空气，否则为液体；

(6)瓷套管内液位确定

若检测点的介质评定结果为液体，则在其相邻的伞裙上方重复步骤(1)～(5)进行检测；若检测点的介质评定结果为气体，则在其相邻的伞裙下方重复步骤(1)～(5)进行检测，直至确定瓷套管内液位的高度。

考虑壁厚对检测结果的影响，在步骤(3)之后还包括步骤(a)，根据瓷套管壁厚变化对反射声波的平均声压衰减率进行补偿，得到壁厚补偿后的具体为：

(a1)将瓷套管简化成空心圆锥台结构，其壁厚T随着高度发生变化，设定检测点与瓷套管上端面的垂直距离为L，则壁厚T与检测点距瓷套管上端面的垂直距离L之间的关系为：

h为瓷套管的总高度；R为瓷套管的最大壁厚；T₀为瓷套管的上端面对应的壁厚；

(a2)考虑声波在介质中的衰减，则在检测点处的第i+1次与第i次界面反射回波声压幅值有下列关系：

式中，α为瓷套管壁材料的声衰减系数；

(a3)根据步骤(3)的计算公式可得到壁厚补偿后的反射声波平均声压衰减率为：

上述超声探头采用纵波探头，频率为1.25～7.5MHz，晶片长度为4～8mm。

上述纵波探头是纵波直探头或纵波小角度探头，纵波小角度探头的角度为6～8°。