CN102971637A - 一种在气体绝缘线路中定位内部电弧的方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于定位发生在气体绝缘线路(L)的隔室(CPi)中发生的内部电弧的方法和装置，每个隔室配有至少一个压力传感器(Pi)。本方法包括：只要流过环绕两个相邻隔室的两个电流环形线圈(TCi)的电流之间的差超过指示在隔室中发生内部电弧的阈值，就触发隔室中的压力测量；计算将压力探测器开始探测压力变化的时刻与内部电弧发生时刻分隔的时间段Δt；以及采用方程d＝V/Δt计算将形成内部电弧的位置与压力传感器的位置间隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度。

Description

一种在气体绝缘线路中定位内部电弧的方法及相关装置
技术领域
本发明涉及一种在气体绝缘线路中定位内部电弧的方法和一种适用于实施该方法的装置。
本发明应用于在气体绝缘线路上的故障定位，旨在促进其维护。
背景技术
气体绝缘线路由被放置在填充有压缩介质气体的导电护套内的导体组成。电能由导体传输，且导电护套处于参考电势(零电势)。介质气体的性质和压力根据存在于导体和导电护套之间的电压的来选择以保证电气绝缘。例如，具有大约为1米(m)的直径且填充有压缩的六氟化硫(SF6)和氮气(N2)的混合物的护套使得可以使在大约245千伏(KV)至400KV电压下传输大约1000兆瓦(MW)至2000MW的功率的铝导体绝缘。
导电护套的零电势和其小轮廓尺寸意味着气体绝缘线路可用在地面或者甚至被掩埋。
气体绝缘线路可长达几公里。为保证气体正确增压，线路被间隔开，即由一连串隔室构成，一个隔室中容纳的气体与相邻隔室中容纳的气体隔离。
已有许多用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的现有技术系统。
例如，有基于探测光的系统。那些系统都为具有小体积隔室的线路而预备。考虑到光衰减和线路的几何布置，光传感器需要以规则的间隔(例如每20m)安装。这表现出一个缺点。另一个缺点是电弧的发生通常伴随灰尘的形成，灰尘的出现会部分或完全的阻挡光。
本发明免除上述提及的缺点。
发明内容
本发明提供一种在气体绝缘线路中定位内部电弧的方法，气体绝缘线路包括一连串填充有气体的隔室CPi(i＝1，2，...，N)，该方法的特征在于，对于由电流环形线圈TCi(i＝1，2，...，N)包围的并且被提供有适用于测量隔室内的气体的压力的至少一个压力传感器Pi的每个隔室CPi，通过电流环形线圈流动有从一个隔室到另一个隔室为基本上相同的电流Ii，该方法包括如下步骤：
在采样频率处读取流过不同的电流环形线圈的不同电流Ii；
在所述采样频率处计算电流差Idiff/i以便Idiff/i＝Ii+1-Ii，且储存计算出的电流差；以及
将存储的电流差Idiff/i与电流阈值进行比较，并且只要在时刻tt电流差大于或等于阈值，则：
触发通过压力传感器Pi的一系列压力测量，并存储测量的压力值；
从存储的压力测量的时间变化计算由压力传感器Pi测量到的压力开始增加的压力上升时刻tm；
计算时间段ΔtP，ΔtP为时刻tm和时刻tt之差值；
从存储的电流差的时间变化计算特征化隔室CPi中的内部电弧的发生的时刻t0；
计算时间段Δti，Δti为时刻tt和时刻t0之差值；和
计算时间段Δt，Δt为之前计算出的时间段Δti和时间段ΔtP的总和；和
从方程d＝V/Δt计算将压力传感器Pi与故障发生位置分隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度。
本发明还提供了一种用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的装置，气体绝缘线路包括一连串填充有气体的隔室CPi(i＝1，2，...，N)，该装置的特征在于其包括：
N个电流环形线圈TCi(i＝1，2，...，N)，每一个环形线圈包围一个隔室，且具有流过其的从一个隔室到另一个隔室为基本上相同的电流Ii；
N个探测模块DCi(i＝1，2，...，N)，每个探测模块能读取流过电流环形线圈TCi的电流Ii和流过电流环形线圈TCi-1的电流Ii-1并且包括用于计算电流Ii与Ii-1之差值、用于存储计算出的电流差、和用于只要在时刻tt电流Ii和Ii-1之差值大于或等于阈值，就传递命令信号的装置；
至少一个压力传感器Pi，其被安装于每个隔室CPi上且适用于测量隔室内的气体压力；
N个气体监测模块MGi(i＝1，2，...，N)，每个气体监测模块包括用于通过触发通过压力传感器Pi的对包含在隔室CPi中的气体压力的连续的测量并且存储有效的连续压力测量来响应于命令信号的装置；和
装置，用于：
从存储的压力测量的时间变化计算由压力传感器Pi测量到的压力开始增加的压力上升时刻tm；
计算时间段ΔtP，ΔtP为时刻tm和时刻tt之差值；
从存储的电流差的时间变化计算特征化隔室CPi中的内部电弧的发生的时刻t0；
计算时间段Δti，Δti为时刻tt和时刻t0之差值；和
计算时间段Δt，Δt为之前计算出的时间段Δti和时间段ΔtP的总和；和
从方程d＝V/Δt计算将压力传感器Pi与故障发生位置分隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度。
本发明的方法具有一特别有益的优点在于压力测量不由噪音的影响而触发。实际上，将时刻tt和时刻t0分隔的时间间隔Δti可相对长(诸如100毫秒(ms))，结果是意图反映电弧发生的电流阈值的值也可相对高，并且无论如何都高于噪音波动值。
本发明的方法还具有如果探测时间短(大约几毫秒)仍保持有效性的优点，所述探测时间为调整参数。在高压设备的不装载介质测试期间，这样的响应能力对探测绝缘缺陷是必要的，缺陷可在出现电流尖峰中反映。
本发明有利地适用于宽范围的几何尺寸和电压，例如护套直径大约从0.4m至1m和大约245KV至400KV的电压，和更小的护套与更低的电压，如170KV。
附图说明
根据如下给出的说明参考附图，本发明的其他特征和优点显而易见，其中：
图1是用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的本发明的装置的框图；
图2是图1中的装置采用的用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的方法的流程图；
图3A-图3C表示测量的或计算的帮助更完全的理解本发明的响应信号；
图4-图6是作为用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的本发明的优选实施例的装置的一部分的电流环形线圈的详细视图；
图7和图8是图4图-6中表示的气体绝缘线路上的电流环形线圈的两副详细视图；
在所有图中，相同的标号指定相同的部件。
具体实施方式
图1是用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的本发明的一个实施例的装置的框图。
气体绝缘线路L包括多个隔室CPi(i＝1，2，...，3，等)，中心导体K穿过其中。每个为长度D的隔室CPi容纳压缩气体，如温度为20℃时压力为5巴的SF6。如上面所提到的，一个隔室中容纳的气体与另一个隔室中容纳的气体隔离。
用于定位内部电弧的本发明的装置包括一组电流环形线圈TCi(i＝1，2，3，...，N)，一组电流探测模块DCi(i＝1，2，3，...，N)，一组压力传感器Pi(i＝1，2，3，...，N)，一组气体监测模块MGi(i＝1，2，3，...，N)，和一个管理单元SP。在本发明的优选实施例中，每个电流环形线圈TCi安装于隔室CPi上，基本上是在隔室CPi邻近CPi+1的一端并且每个压力传感器Pi安装于隔室CPi上，基本上是隔室CPi邻近CPi-1的一端。每个探测模块DCi包括电子处理器电路用于对由电路环形线圈TCi传送的信号进行整形以便由探测模块DCi处理。所述管理单元SP诸如是计算装置，计算机或微处理器。
每个电流探测模块DCi(i＝1，2，...，N)在其输入端接收流过环形线圈TCi的电流Ii和流经环形线圈TCi-1的电流Ii-1。而且，每个压力传感器Pi与气体监测模块MGi连接且所有探测模块DCi和气体监测模块MGi相互连接并通过相同的双向通信总线cb连至管理单元SP。
图2是图1中的装置采用的在气体绝缘线路中定位内部电弧的本发明的方法的流程图。该方法包括：
在采样频率处读取流过电流环形线圈的电流Ii；
在所述采样频率处计算电流差Idiff/i以便Idiff/i＝Ii+1-Ii，且在动态存储器中储存计算出的电流差；
将在动态存储器中存储的电流差Idiff/i与电流阈值进行比较，并且只要在时刻tt电流差大于或等于阈值，则：
永久性存储被存储在动态存储器中的电流差；
触发通过压力传感器Pi的一系列压力测量，并在存储器中存储测量的压力值；
从存储的压力测量的时间变化计算由压力传感器Pi测量到的压力开始增加的压力上升时刻tm；
计算时间段ΔtP，ΔtP为时刻tm和时刻tt之差值；
从存储在永久存储器中的电流差的时间变化计算特征化隔室CPi中的内部电弧的发生的时刻t0；
计算时间段Δti，Δti为时刻tt和时刻t0之差值；
计算时间段Δt，Δt为之前计算出的时间段Δti和时间段ΔtP的总和；和
从方程d＝V/Δt计算将压力传感器Pi与故障发生位置分隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度。
在没有干扰的情况下，正弦电流流过每个电流环形线圈TCi。流过每个环形线圈的正弦电流具有从一个环形线圈到另一个环形线圈的恒定的幅度，例如4000安(A)。图3A中的曲线C1因此表示对于i的任一值电流Ii根据时间的变化(时间变量在图3A中通过连续的采样点数字N来表示)。如果故障发生，比如在隔室CPi中(见于图3A中表示的导体K和导电护套之间的电弧A)，则流过环形线圈TCi的电流Ii的幅度增大(见于图3A中曲线C2)，而在这个示例中电流Ii-1保持不变(见于曲线C1)。
图3B表示了来自图3A中的为电流Ii和Ii-1之差的电流Idiff/i，Idiff/i的曲线。一旦电流差Idiff/i的幅度超过阈值ID(如此处为800A)，电流探测模块DCi就命令气体监测模块MGi在时刻tt触发在Δτ期间的一系列气体压力的测量，Δτ例如等于500ms(基于气体中的每秒136米(m/s)的波速，该时间段有利地与在70m长的隔室中发生电弧的准确位置相兼容)。并且，存储于动态存储器中的电流差Idiff/i的值被存于模块DCi中的永久性存储器中。预存在管理单元SP中的计算算法(诸如基于计算电流差的数学导数的算法)然后从存储于永久性存储器中的电流差的时间变化，计算特征化隔室CPi中故障发生的时刻t0。在计算出时刻t0后，管理单元SP计算出将时刻t0和时刻tt分隔的持续时间Δti。
与此同时，一旦压力测量开始，压力测量被存储于模块MGi中。在压力测量期间Δτ结束时，存储于管理单元SP中诸如基于计算压力的数学导数的算法的计算算法，被用于从存储的压力测量的时间变化计算特征化压力波达到压力探测器的时刻tm。一旦时刻tm被计算出，管理单元SP就计算将时刻tm与时刻tt分隔的时间段ΔtP。管理单元SP随后计算将压力波前到达压力传感器的时刻与特征化隔室中故障发生的时刻分隔的时间段Δt＝Δti+ΔtP。随后从公式d＝V/t计算将传感器与故障发生的位置分隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度(如对于气体SF6的136m/s)。
在本发明的一种变形中，多个压力传感器可被用于测量同一个隔室中的气体压力。这可应用于隔室非常长和/或可能由电弧发生触发的压力波未被太远离电弧的单个探测器探测到的情况。例如，可以再同一隔室上安装两个压力传感器，第一个传感器靠近隔室的第一端且另一个传感器靠近隔室相反的一端。两个压力传感器然后被同时触发且由有助于定位故障的两个压力传感器中的至少一个实现测量。例如这里的电流环形线圈置于隔室的中心。
图4-图6通过非限制示例的方法表示作为用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的优选实施例的装置的一部分的电流环形线圈的详细视图：
图4是电流环形线圈的总视图；
图5是电流环形线圈的详细视图；以及
图6是展示电流环形线圈是如何电连接的截面视图。
图7和图8是配备有电流环形线圈的设备分别在轴向截面和径向截面的两幅视图。
环形线圈是由通过使其末端一个抵靠另一个邻接而成环的电缆5构成。电缆5具有外直径为14毫米(mm)的外部套层8，所述套层由弹性聚氨酯做成，和与前述套层同心的内部聚氨酯或聚酰胺套层9。两套层之间的导电线绕组10从电缆的一端6至另一端7延展至整个电缆5的长度，且可被弹性套或涂料绝缘。绕组10在离开电缆5的输入线11处终止和在也离开电缆5的之前在内部套层9内从一端7延伸至另一端6的的输出线路12处终止。内部套层9有利地相对较厚以便不传送输出线12的大幅度移动并将其保持在电缆5的中心处。传感器4进一步包括套筒状的连接器13，其包括固定地容纳端6的第一分支14、用于接收另一端7的第二分支15以便其可移动和被完全取出，以及垂直于前述分支的第三分支16，其接收输入线11和输出线12。
第三分支16进一步包括温度探测装置18和包含传感器4的序列号和其校准参数的参数存储装置19，可通过初步校准以使引入绕组10的电流与流过传感器环绕其成环的导体的电流相关联。第三分支16在电连接插头20处终止，电连接插头20包括至输入线11的连接22，至输出线12的连接23，和至装置18和装置19的连接24。控制装置(在其他图中示为41)连至分支20以收集流过绕组10的电流且控制装置18和装置19。还可将少量电流周期性地注入电缆5中以验证其连续性。由于传感器输出信号的低幅度(几十毫伏每千安)，控制装置应优选地位于传感器附近，至多几米远。此外，连接电缆包括外部屏蔽以保护信号不受电磁干扰且其包含的至连接21至24的两对线是单独扭转的。控制装置根据要求放大和处理传感器的输出信号。控制装置还根据温度探测装置18的参数的和装置19的校正参数授权此信号的修正。
根据本发明，孔54在第一分支14和最后一分支15的位置处完全穿过套筒13，电缆5的端6和7都是开放的，即没有承载任何终端，并且绕组10与直的(平的或无起伏的)端面25齐平，且因此通过将端7充分地推进所述最后分支15中以在孔54内的某处一个抵靠另一个邻接。具有在第一分支14和最后分支15中完全通过其的开口42的且为完美圆柱形的连接器13使得端6和端7接触。绕组10随后在几乎连续的圆周上延伸以保障准确的测量。调整包括只通过这种接触邻接电缆5且容易可靠地实现。不需要确认和再校准。电缆5有足够的弹性以在孔35中弯曲，并被从外部插入凹槽32并且孔35内部也是相对宽的以便还容易引入套筒13和封闭成环的电缆5。
根据其他重要的特征，套筒13装备有两个簧环42和43，以使电缆5在第一分支14和最后分支15中不发生平移，其中其被被保持在凹槽中。簧环42和43具有在端6和7的外部护套8上摩擦的刮削开口的锥形部分44，以使得便于通过锥形部分44的弹性变形将端6和7插入套筒13中，但端6和7的取出因为锥形部分44抵抗取出而被防止。电缆5的闭塞因此在任何状况中得以保持除非在第二分支15中的活塞45被移动。活塞具有延伸出移动套筒13并用于保持其的外部部分46，在凹槽48中可移动有限长度的凸缘47被形成在套筒13中，并且尖端49指向簧环43的锥形部分44。在外部部分46上的推动推进活塞45且尖端49通过使锥形部分弹性变形以将锥形部分向后推并且使其从端7脱离，其可被撤走以打开电缆5的环。在如图3所示的正常部分中，活塞与簧环43分离。凹槽47的长度和位置被选择以允许这两种状态。套筒13的第一分支14可相反不具有活塞，端6被永久的封装在其中。套筒13进一步包括在分支14和15中的两个其他凹槽中的两个密封环50和51以挤压电缆5的端6和7并密封他们之间的连接；第三分支16通过端件20紧压其上的密封环52自我隔离。
图5和6说明了带有气体绝缘屏蔽电缆的传感器4的使用。此处，传感器4在法兰26和27之间以用于接合将被监测的电缆30的护套的两部分28和29，传感器位于部分28和29的中心并且由绝缘体31支撑。传感器4位于在由气体密封34补充的绝缘法兰33周围的法兰26中的一个法兰中的圆形连续凹槽32中。传感器4的控制装置41被表示为固定到其他法兰25上。为了避免使测量退化，凹槽32有利地受到螺栓孔40的限制。
本发明的这个实施例的本质特征在于凹槽32只经过一扇形开口35与外面联通，传感器4从端6开始可通过扇形开口插入，电缆5从而在凹槽32中逐步地卷曲向前移动，并且当连接器13被推进凹槽32中时自然形成一圈。开口35的边缘53实际上相当靠近凹槽32的切线且电缆5相对有弹性以使其可在开口35中前去并被从外面插入凹槽32中；开口35的内部相对宽以致插入套筒13和封闭电缆5的环也很容易。这样可避免当需要在传感器4上作业时，必需移除电缆30的护套。
另一个特征提供了自主测试绕组36，其可被用于通过注入被加入到初始电流中的电流以测试传感器4。这样相对不显眼的测试绕组36不要求任何拆卸。其可是一个在连接处37成环的开放式电缆，包括多匝且通过电流产生器38而被供电。其在法兰33和传感器4之间穿过孔39通过法兰26和27。其在另一侧围绕法兰26和27的外部通过以包围传感器4的部分。

Claims (6)

1.一种在气体绝缘线路中定位内部电弧的方法，所述气体绝缘线路包括一连串填充有气体的隔室CPi(i＝1，2，...，N)，该方法的特征在于，对于由电流环形线圈TCi(i＝1，2，...，N)包围的并且被提供有适用于测量隔室内的气体的压力的至少一个压力传感器Pi的每个隔室CPi，通过所述电流环形线圈流动有从一个隔室到另一个隔室为基本上相同的电流Ii，该方法包括如下步骤：
在采样频率处读取(E1)流过电流环形线圈的电流Ii；
在所述采样频率处计算(E2)电流差Idiff/i以便Idiff/i＝Ii+1-Ii，且储存计算出的电流差；以及
将存储的电流差Idiff/i与电流阈值进行比较(E3)，并且只要在时刻tt电流差大于或等于阈值，则：
触发(E4)通过压力传感器Pi的一系列压力测量，并存储测量的压力值；
从存储的压力测量的时间变化计算(E7)由压力传感器Pi测量到的压力开始增加的压力上升时刻tm；
计算(E8)时间段ΔtP，ΔtP为时刻tm和时刻tt之差值；
从存储的电流差的时间变化计算(E5)特征化隔室CPi中的内部电弧的发生的时刻t0；
计算(E6)时间段Δti，Δti为时刻tt和时刻t0之差值；
计算(E9)时间段Δt，Δt为之前计算出的时间段Δti和时间段ΔtP的总和；和
从方程d＝V/Δt计算将压力传感器Pi与故障发生位置分隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流环形线圈TCi围绕所述隔室CPi的第一端且所述压力传感器被安装在所述隔室的与所述第一端相反的一端。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述隔室的第一端处将第一压力传感器Pi安装于所述隔室上且在所述隔室的与所述第一端相反的一端处将第二压力传感器Pi安装于所述隔室上。
4.一种用于在气体绝缘线路中定位内部电弧的装置，所述气体绝缘线路包括一连串填充有气体的隔室CPi(i＝1，2，...，N)，该装置的特征在于其包括：
N个电流环形线圈TCi(i＝1，2，...，N)，每一个环形线圈包围一个隔室，且具有流过其的从一个隔室到另一个隔室为基本上相同的电流Ii；
N个探测模块DCi(i＝1，2，...，N)，每个探测模块能读取流过电流环形线圈TCi的电流Ii和流过电流环形线圈TCi-1的电流Ii-1并且包括用于计算电流Ii与Ii-1之差值、用于存储计算出的电流差、和用于只要在时刻tt电流Ii和Ii-1之差值大于或等于阈值，就传递命令信号的装置；
至少一个压力传感器Pi，其被安装于每个隔室CPi上且适用于测量隔室内的气体压力；
N个气体监测模块MGi(i＝1，2，...，N)，每个气体监测模块包括用于通过触发通过压力传感器Pi的对包含在隔室CPi中的气体压力的连续的测量并且存储有效的连续压力测量来响应于命令信号的装置；和
装置SP，用于：
从存储的压力测量的时间变化计算由压力传感器Pi测量到的压力开始增加的压力上升时刻tm；
计算时间段ΔtP，ΔtP为时刻tm和时刻tt之差值；
从存储的电流差的时间变化计算特征化隔室CPi中的内部电弧的发生的时刻t0；
计算时间段Δti，Δti为时刻tt和时刻t0之差值；和
计算时间段Δt，Δt为之前计算出的时间段Δti和时间段ΔtP的总和；和
从方程d＝V/Δt计算将压力传感器Pi与故障发生位置分隔的距离d，其中V是声音在气体中的传播速度。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述电流环形线圈TCi围绕所述隔室CPi的第一端且所述压力传感器安被安装在所述隔室的与所述第一端相反的一端。
6.根据权利要求4所述的装置，其中在所述隔室的第一端处将第一压力传感器Pi安装于所述隔室上，在所述隔室的与所述第一端相反的一端处将第二压力传感器Pi安装于所述隔室上，并且所述电流环形线圈基本上在所述隔室的中心处围绕所述隔室。
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