變壓器局部放電壓差式矢量傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及變壓器檢測技術領域，特別是一種用于檢測變壓器油中局部放電 位置的傳感器。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟發展，對電力系統可靠性的要求也越來越高，而變壓器作為電力系 統中的樞紐，其運行的可靠性直接關系到電力系統的安全與穩定。變壓器在長時間的運行 過程中由于絕緣老化、過電壓或者變壓器絕緣層結構不均勻等問題，容易導致局部絕緣性 能下降，這些絕緣弱化的部位會率先發生各種類型的放電，從而導致絕緣的進一步受損，使 變壓器內部發生各種短路故障。如果能在變壓器發生局部放電的初期及早發現問題，便可 以對變壓器進行及時的維護，從而避免更大事故的發生。
[0003] 自20世紀80年代以來，圍繞變壓器局部放電檢測已有大量的基礎研究和應用開發 工作。現有的變壓器局部放電定位方法主要有光定位法、電氣定位法、特高頻電磁波定位 法、X射線激勵定位法以及超聲波定位法等。其中超聲波定位法是根據局部放電產生的超聲 波傳播的方向和時間來確定放電源的空間位置，由于其原理簡單、抗電磁干擾能力強、成本 低、能實現直接幾何定位，因此應用較為廣泛。
[0004] 傳統的方法是將標量聲壓傳感器組成陣列，通過測量超聲波到達各個陣元時的相 位差，再利用一定的定向和定位算法實現局放源的定位。標量聲壓傳感器靈敏度很低，無聲 場的方位信息，不能確定目標，在聲強處理中，各向同性噪聲不能相互抵消，信噪比較低;并 且應用在變壓器油中檢測局放的普通超聲定位裝置，由于干擾較多，噪聲影響較大，聲波可 能發生反射，導致檢測出與實際不相符的多個局放源的情況，造成定位失敗。
[0005] 本申請人的一項在先專利CN 201410414008.2公開了一種變壓器局部放電超聲矢 量陣列定位裝置，該定位裝置的超聲矢量陣元中包含三個壓電式速度傳感器和一個無線數 據采集模塊，能夠實現變壓器局部放電位置的準確定位;但是對超聲波高頻信號的相應效 果較差，并且在制作時要求其重心都必須位于球心上，加上尺寸較小、對密度較高的要求， 導致其制造工藝要求苛刻，不便于量產。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的在于克服現有技術中缺陷，提供一種制作工藝簡單、頻率響應 效果好、能夠對變壓器油局部放電位置進行精確定位的傳感器。
[0007] 為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案如下。
[0008] 變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，包括球狀架構，所述球狀架構內設置有六個 雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器，六個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器分別通過連接桿固定連接在 球狀架構內；六個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器到球心的距離相等;所述六個雙迭片彎曲壓 電陶瓷傳感器分為三組，每組兩個分別通過連接桿位于球狀架構的同一直徑上，三組雙迭 片彎曲壓電陶瓷傳感器所在直線在空間位置上兩兩相互垂直;位于雙迭片彎曲壓電陶瓷傳 感器與球狀架構的連接桿上設置有用于采集雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器數據并發送出去 的數據采集模塊。
[0009] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，所述球狀架構至少包括三個固定圓環， 三個固定圓環同圓心且所在平面兩兩相互垂直;所述連接桿的外端與圓環固定連接。
[0010] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，所述連接桿為細長型長方體桿，連接桿 與雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器之間通過相卡裝的凸三棱柱和凹三棱柱連接。
[0011] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，每個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器分別通 過兩根連接桿固定連接在球狀架構內，位于球心處的六根連接桿的內端相對接并設置在球 狀架構的球心，靠近球狀架構外沿的六根連接桿分別固定在球狀架構上。
[0012] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，位于水平面上的圓環上還設置有兩根固 定桿，兩根固定桿垂直相交于球心。
[0013] 上述變壓器局部放電壓差式矢量傳感器，所述圓環、連接桿以及固定桿分別采用 0.15mm厚的娃鋼片薄金屬片疊壓而成。
[0014] 由于采用了以上技術方案，本實用新型所取得的技術進步效果如下。
[0015] 本實用新型可直接放置在變壓器油中，通過高頻載波通信模塊獲得變壓器油中的 局部放電超聲信號，進而完成對局部放電源的定位，具有結構簡單、制作方便、定位精確的 優點。本實用新型中采用的壓差式矢量傳感器高頻響應效果較好，雙迭片彎曲壓電陶瓷傳 感器無需進行灌封，直接放在變壓器油中，能夠直接接收到高能量的超聲波信號，減輕了因 傳播介質的增加而引起的衰減，和其他形式的傳感器相比具有顯著的高信噪比優勢，定位 也更加準確。
[0016] 本實用新型和傳統的單個聲壓傳感器相比，信號的輸出量是原來的四倍，輸出信 息量的增加大大改善了目標方位估計的性能；單個壓差式矢量傳感器具有方向性，已經可 以實現全方位的方向估計;和同振式矢量傳感器相比，壓差式矢量傳感器的靈敏度隨著頻 率的增大而增大，因此對于變壓器內部超高頻的超聲波信號的測量，壓差式矢量傳感器具 有更高的靈敏度，對目標有更高的分辨能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0018] 圖2為本實用新型所述雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器與連接桿的連接邊界圖；
[0019] 圖3為本實用新型所述連接桿的結構示意圖；
[0020] 圖4為本實用新型所述雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器的結構示意圖；
[0021 ]圖5為本實用新型所述高頻載波通信模塊的原理示意圖；
[0022] 圖6為本實用新型在應用過程中的仿真結果圖。
[0023] 圖1中各標號表示為：1.圓環支架，2.連接桿，21.凸三棱柱，3.雙迭片彎曲壓電陶 瓷傳感器，31.凹三棱柱，4.數據采集模塊，5.固定桿。
【具體實施方式】
[0024] 下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0025]本實用新型包括球狀架構，球狀架構內設置有六個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3、 六個數據采集模塊4以及固定雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器和數據采集模塊的連接桿2。球狀 架構包括至少三個固定圓環1，三個固定圓環同圓心，且所在平面兩兩相互垂直;本實施例 中，球狀架構包括三個固定圓環，如圖1所示。
[0026] 六個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3分別通過連接桿2固定連接在球狀架構的三個 固定圓環中，六個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3到球心的距離相等。六個雙迭片彎曲壓電陶 瓷傳感器分為三組，每組兩個分別通過連接桿位于固定圓環的同一直徑上，關于球心對稱， 三組雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器所在直線在空間位置上兩兩相互垂直。
[0027] 雙迭片彎曲壓電傳感器由一個圓形金屬膜片和一個圓形壓電陶瓷片粘接組成，壓 電陶瓷片上有銀電極，具有諧振阻抗低、易于匹配外部電路、易于施加阻尼、結構簡單、性能 穩定的優點。雙迭片傳感器在外部激勵下金屬膜片和壓電陶瓷片發生形變，呈現彎曲狀態， 可以加大壓電傳感器在受力狀態下的變形程度，提高換能靈敏度。
[0028] 本實施例中，每個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3分別通過兩根連接桿2固定連接在 固定圓環中，連接同一個雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器3的兩根連接桿位于圓環的同一條半 徑上，因此本實施例中，連接桿共設置12根，其中球心處的六根連接桿2的內端相對接并設 置在球狀架構的球心，靠近球狀構架外沿的六根連接桿分別固定在固定圓環上。本實施例 中，連接桿2為細長型長方體桿，連接桿2與雙迭片彎曲壓電陶瓷傳感器之間通過相卡裝的 凸三棱柱和凹三棱柱連接，且凹三棱柱的夾角大于凸三棱柱夾角，具體如圖2所示，以便于 雙迭片