引言：
目前，我国各地变电站均有大量的充油设备，设备中中的油位过低会对电力系统的运行造成一定的影响，从而给设备带来一定的安全风险。以往，使用玻璃窗进行油位监控，但因使用后玻璃窗容易被污染、污垢，造成不能准确地通过窗口来判断油水界面的位置；在日常工作中，经常采取停电后观察的方式进行油位检测，但是，如果不合理的停电时间安排，可能会导致设备存在安全隐患，而且定期停电会对国民经济产生一定的影响。本文将介绍一种利用超声波进行油面测量的新技术。
1超声波套管油位检测原理
电脉冲发生器电路产生高频率的电脉冲，通过感应探针上的压电晶体，使其产生反向压电效应，将电信号转换成超声信号，并将其发射到陶瓷套管内，当超声波通过陶瓷套管时，在该部位无油时，由于气体的声阻抗相差较大，所以超声波在固气界面处会反射大量的能量。若在该部位存在油污，则由于陶瓷与石油的声阻差别很小，因此在通过固液界面时，会有少量的能量被反射回去。在探测器内，压电晶体会吸收反射的超声波，从而激发压电晶体，使其产生电信号，通过放大和检测。然后通过分析和计算，判断出瓷壳中是否有油，如果返回的能量较大，则表示这里没有石油，如果返回的能量较少，则表示这里有石油。
2研究方法及步骤
2.1LED显示模块
此方案使用了八段数字管，是四个八段数字管组成的四合式数字管，具有很高的电量。在显示方面，般有两种方式：静态和动态显示。所谓的静态显示器，是指每一段数字管用1/0的介面或 BCD二十进制译码。由于其使用的 I/0接口较多，所以需要添加解码驱动器，从而使硬件电路更加复杂。LED数字管的动态显示界面是目前应用最为广泛的一种技术[1]。此外，在各数字管的共用电极 COM上施加比特门控电路，并且用1/0线路对位选通控制电路进行处理。在单片机的图形编码中，位选通 COM端子的电路是用单片机来实现的，因此，只要把要显示的数字管的门打开，这个位就会出现一个字型，而非选通数字管则不会发光。
每一个数字管的 COM端子都是按时间顺序交替的，这样就可以实现每个数字管的交替显示，即动态显示。在交替显示期间，每个数字管的点亮时间为1至2 ms，因为人的视觉暂时停留，以及 LED的反射作用，虽然所有的数字管都不是同时点亮，但是只要扫描速度够快，就会产生一系列稳定的数据，不会出现闪动，这与静止显示器的效果是相同的，但是可以节约1/0端口，并且能耗更低。因此，在此基础上，采用了动态显示的方式。
2.2语音播报模块
测试中使用JQ8900-16P语音模块，JQ8900-16P采用 SoC技术，内置16位 MCU, ADSP专用于音频解码，通过硬译码，提高了系统的稳定性和音质。体积小，能更好地适应其他产品的需要。SPl-Flash可以自动切换语音，这款芯片最大的优点就是可以随时切换SPl-flash中的语音，而不是像普通的语音芯片那样，直接将 SPIFLASH变成一个U盘，就像是一个U盘。使产品的开发与制造更加方便快捷。一条线串口控制模式，RX232串行控制，具有更大的选择余地。
2.3电源模块
因为在工业生产中，所用的电力均为220 V，这与目前的设计要求是不相符的，所以必须采用一个电压变换器，把220 V的电压变换为+15 V和+5 V。
3充油油位带电检测试验
3.1试验模型
本实验采用超声波探测方法，采用C8051f处理器，输出约120 K的脉冲，经功率放大器放大到400 V，并由发射探测器输出超声波信号。邻近的接收探测器接收传输和损失的声音信号，然后以5 M的取样率采集该信号，并将其存储到计算机系统中。
为了简化实验，实验对象去掉了伞群，将其设计成圆柱形的陶瓷容器。由于瓷壳的厚度取决于电压等级，其壁厚度为15-40毫米，故本实验的目标是一个直径0.3米、高1米、厚度为20毫米的圆柱形容器，其材料是陶瓷材料，内部液体是变压器油[2]。
3.2试验过程
（1）将耦合剂涂在发射和接收探测器的表面，并将其挤压并吸附到试验容器的表面。该探测器的直径为10厘米，两个探测器的间距为10厘米.
（2）发送探针由发送模块驱动，接收探测器获取接收信号，并在5 M取样速率下存储。
（3）当罐体没有液体时，收集和接收探头的声音信号。在此环境中，每个采样周期为2小时，8次。
（4）向容器内注入润滑油，所收集的数据与上面的步骤一样。
3.3充油油位带电检测仪原理
（1）电源：对仪表的各个部件进行连续的供电。
（2）超声波产生装置：一个电子脉冲产生装置。它包括一个同步电路和一个发送电路，它能在一秒钟内产生成千上万个电脉冲，通过它自己的闸流管和晶体管的切换特性，在探测器上产生数百到一千伏的电流脉冲。
（3）探测器：其核心部分为压电晶体，它通过正、负两种作用实现声-电信号的转化。用电脉冲激励压电片，从而产生超音波；当探测器收到回声时，它会触发一个压电片，从而发出一个电子讯号。因为探测器的探测点位于两个邻近的瓷套之间，所以探测器的大小不能太大。
（4）一个用于处理由探测器接收的、也就是电子信号的超声波回波的信号处理系统。它的主要作用有：放大、检测、信息提取和识别。
（5）显示系统：显示试验的结果。
3.4应用效果
实践中，3个电容式套管的内部油位较低，一组在断电后已经进行了充油，另外2组则打算合理安排断电时间，对其进行充油，以保证装置的安全。实际使用结果显示，这种方法可以对陶瓷套管内部的油位进行带电测量，可以在电力工业和陶瓷套管的制造和安装中得到广泛的应用[3]。
结束语：
根据《带电设备红外诊断应用规范》DL664-2008的规定，对油位进行了红外监测，但由于受环境温度、红外辐射等因素的影响，导致测量值有一定的误差。
参考文献：
[1]林朝扶,韩方源,梁沁沁,等. 超声波充油设备油位检测技术研究[J]. 广西电力,2018,41(3):73-76.
[2]广西电网有限责任公司电力科学研究院. 一种封闭式充油电力设备油位检测温度修正系统及方法:CN202111136222.2[P]. 2022-02-08.
[3]广西电网有限责任公司电力科学研究院. 一种密封充油设备油位的检测方法:CN201910790149.7[P]. 2020-01-31.
