CN104956557A - 确定绝缘气体的泄漏率 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定绝缘气体从电气设施的气体绝缘隔室(C1、C2、C3)的泄漏率的方法，所述电气设施具有多个相似的隔室，其特征在于，该方法包括以下步骤：周期性地确定(E3)所述设施的各个隔室的气体密度值(D1、D2、D3)；根据各个隔室的一系列气体密度值来确定(E4)各自的直线(DR1、DR2、DR3)；相互比较(E6)所确定的直线的斜率；当针对所述斜率之一的比较结果大于阈值时，对泄露进行检测(E7)；以及，在检测到泄露的情况下，确定(E8)与导致泄露被检测到的所述斜率相关联的隔室的泄漏率。

Description

确定绝缘气体的泄漏率
技术领域
本发明涉及使用具有高介电潜能(dielectric potential)的气体来监控高电压(high-voltage)设备。
更具体地，本发明涉及确定绝缘气体从电气系统的气体绝缘室的泄漏率。
为了保护环境，必须控制诸如六氟化硫SF6之类的绝缘气体的释放。六氟化硫SF6是京都协定书(Kyoto protocol)以及2003/87/EC指令中所指定的温室气体之一。六氟化硫SF6的全球变暖潜能(global warming potential，GWP)是二氧化碳CO2的22800倍。
因此，必须监控绝缘气体从气体绝缘开关设备(gas-insulated switchgear，GIS)/气体绝缘线路(gas-insulated line，GIL)类的高电压设施的泄漏率。
背景技术
在GIS上使用具有触点的密度监控器是已知的。这些机电设备被校准以在GIS的制造商所设置的压力值下激活。这些设备可以给出该开关设备的介电强度的状态，但是在任何情况下都不能被告知气体损耗量或气体泄漏率。
气体密度的模拟传感器/发射器(还被称为密度计)可被用于测量并发送表示封闭在GIS的隔室中的绝缘气体密度的幅值，但是该气体密度的模拟传感器/发射器对该设施的高电压环境所造成的电磁干扰非常敏感。
所述密度计可以推导出趋势曲线，但是仅具有百分之几的精度。这样的精度不足以监控绝缘气体从GIS/GIL类的设施的泄漏率。
可以利用红外相机来观测SF6气体泄露。然而，这不能对气体损耗量进行量化。
假设正在泄露的SF6的隔室需要从SF6的容器填充，那么还可以在每次填充(top-up)之前和之后对该容器进行称重，以在最后一次填充后推导出损耗量并由此推导出泄漏率。然而，两次填充之间可以间隔数年。在两次填充之间，不能获得与气体的泄漏率有关的信息。
发明内容
本发明旨在通过提供一种确定绝缘气体从电气设施的气体绝缘GIS隔室的泄漏率的方法来克服现有技术的问题，所述电气设施具有多个相似的隔室；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
周期性地确定该设施的各个隔室的气体密度值；
根据先前确定的该设施的各个隔室的一系列气体密度值来确定各自的趋势线；
将所确定的趋势线的斜率进行相互比较；
当针对这些斜率之一的比较结果大于预定阈值时，对泄露进行检测；以及，在针对一个斜率检测到泄露的情况下，
确定与导致泄露被检测到的斜率相关联的隔室的泄漏率。
借助于本发明，可以确定绝缘气体的泄漏率，使得可以保证泄漏率维持在合同值(contractual value)以下和/或在出现泄露的情况下提醒操作员。根据与该设施的隔室相关联的斜率确定该泄漏率。
根据优选的特征，周期性确定所述设施的各个隔室的气体密度值包括：根据压力测量值和温度测量值确定存在于各个隔室中的气体的瞬时密度，以及在预定周期上计算所述瞬时密度的平均值。
因此，所述计算是在某一持续时间上做出的，所述持续时间根据可能的绝缘气体泄漏的进展、环境温度的变化以及负载曲线来确定。通常，这些是相对缓慢的现象。
根据优选的特征，各自的趋势线是在跨该系列气体密度值的活动窗内确定的。针对一个隔室所确定的每个新气体密度都对该系列值有所贡献，因而更新趋势线的斜率的计算也在考虑之中。
这使得可以跟随气体密度值的进展。
根据优选的特征，当检测到针对所述隔室之一的斜率上的变化时，对所述趋势线的斜率进行比较。
当在有界观察窗内，一个趋势线相对于其他趋势线存在斜率上的漂移时，那么怀疑绝缘气体发生泄露。
趋势线的斜率的变化标记了观察窗的结束，在该观察窗内，对与多个相似隔室链接的斜率进行比较并计算泄漏率。
斜率的变化可以由周围空气的热变化产生，周围空气的热变化由外壳内部的气体运动或隔室中出现泄露而产生。
根据优选的特征，对所述趋势线的斜率进行比较包括：将所述斜率中的每个斜率与其余斜率的平均值比较以确定各个斜率的偏差。
因此，针对一个隔室所记录的每个趋势线与相似隔室的其他趋势线进行比较，并且这使得可以检测到不同于任一隔室的潜在行为。
根据优选的特征，检测泄露包括：选择绝对值最大的偏差并将所选择的偏差与所述预定阈值进行比较。
如果该偏差大于预定阈值，因此所选择的偏差对应于声明泄露的隔室。
根据优选的特征，泄漏率是根据所选择的最大偏差来确定的。
本发明还提供了一种确定绝缘气体从电气系统的气体绝缘隔室的泄漏率的设备，所述电气系统具有多个相似的隔室；
其特征在于，该设备包括：
周期性地确定该设施的各个隔室的气体密度值；
根据先前所确定的该设施的各个隔室的一系列气体密度值确定各自的趋势线；
用于将所确定的趋势线的斜率进行相互比较的装置；
用于当针对所述斜率之一的比较结果大于预定阈值时对泄露进行检测的装置；以及，在针对一个斜率检测到泄露的情况下，
用于确定与导致泄露被检测到的斜率相关联的隔室的泄漏率的装置。
本发明还提供了一种包括如上所述的设备的电气设施。
该设备与设施呈现出与以上所述优点相似的优点。
在具体的实施方式中，本发明的方法的步骤由计算机程序指令执行。
因此，本发明还涉及一种数据介质上的计算机程序，所述程序适用于在计算机上运行，所述程序包括用于执行如上所述的方法的步骤的指令。
该程序可以使用任一编程语言，并且可以采用源代码、目标代码、或介于源代码与目标代码之间的代码中间物，例如采用部分编译的形式或任意其他需要的形式。
本发明还提供了一种数据介质，该数据介质由计算机可读并包括适于实施如上所述的方法的步骤的计算机程序指令。
该数据介质可以是能够存储程序的任意实体或设备。通过示例的方式，该数据介质可以包括存储装置，例如，诸如光盘(CD)ROM或微电子ROM之类的只读存储器(ROM)，或者诸如软盘或硬盘之类的磁记录装置。
此外，该数据介质可以是适于经由电缆或光缆、通过无线电、通过电磁波导，或通过其它方法进行传输的可传输介质，例如电信号、光信号或电磁信号。特别地，本发明的程序可以通过互联网类型的网络进行下载。
可替换地，该数据介质可以是并入有所述程序的集成电路，该电路适于执行本发明的方法或用在本发明的方法的执行中。
附图说明
在阅读以下以非限制示例方式并参照附图给出的优选实施例的说明时，其他特征和优点是显而易见的，附图中：
图1a为本发明的第一实施例中的第一高电压电气设施的框图，该第一高电压电气设施具有气体绝缘隔室，并安装有用于确定绝缘气体从气体绝缘隔室的泄漏率的设备；
图1b为本发明的第二实施例中的第二高电压电气设施的框图，该第二高电压电气设施具有气体绝缘隔室，并安装有用于确定绝缘气体从气体绝缘隔室的泄漏率的设备；
图2示出了对绝缘气体从本发明的气体绝缘隔室的泄漏率进行确定的方法；
图3示出了图3的方法的子步骤；以及
图4示出了根据本发明所确定的趋势线。
具体实施方式
在图1a中所示的第一优选实施例中，三相电气设施包括气体绝缘隔室C1、C2以及C3，每个隔室对应于该设施的一个电相。
这三个隔室C1、C2以及C3具有相似的结构、尺寸和体积。隔室的长度可以是数十厘米高达数十米。隔室具有一个或更多从隔室中穿过的导体，并且电流可潜在地在导体中流动。每个隔室具有金属外壳，隔室被填充有处于压力下的气体并呈现出介电性能，以确保该外壳的导体的电绝缘。每个隔室的末端被绝缘且密封的阻隔件所封闭。以示例的方式，该绝缘气体是六氟化硫SF6。
温度传感器CT1、CT2、CT3和压力传感器CP1、CP2、CP3被分别安装在各个隔室C1、C2、C3中，以测量绝缘气体的温度和压力。温度传感器和压力传感器是不同的或者它们被封装在单个发射器中。每个传感器具有各自的微处理器并以数字方式与获取单元UA通信，该获取单元UA自身连接到数据处理器单元UT。该获取单元可以是远程的，或者可以被封装在发射器中。每个温度传感器和压力传感器的输出端连接到获取单元UA的输入端，获取单元的输出端连接到数据处理器单元UT的输入端。
应该观察到的是，本发明可以使用密度发射器或密度监控器来实施。
如下所述，数据处理器单元UT处理这些测量以及自身如何被使用。
数据处理器单元UT被连接到数据库BD，该数据库存储所有计算和测量的数据。该数据处理器单元还被连接到人机界面INT，该人机界面尤其可以在检测到泄露的情况下通知操作员。
图1b示出了包括气体绝缘隔室的电气设施的第二实施例。在该实施例中，该设施不是三相设施，而是单相设施。
这个设施通常包括与第一实施例的元件相同的元件。为了简化，相同的标记指定相似的元件。
该单相设施因而包括三个隔室C1、C2、C3，这些隔室具有依次穿过自身的一个或更多的导体，并且电流可潜在地在导体中传递。
应该观察到的是，隔室的数量可以是不同的。
温度传感器CT1、CT2、CT3和压力传感器CP1、CP2、CP3被分别安装在各个隔室C1、C2、C3中，以测量绝缘气体的温度和压力。
每个温度传感器和压力传感器的输出端连接到获取单元UA的输入端，获取单元的输出端连接到数据处理器单元UT的输入端。
数据处理器单元UT被连接到数据库BD。数据处理器单元UT还被连接到人机界面INT。
在这两个实施例中，这些元件及其交互的操作是相似的。因此，说明书的其余部分同样适用于任一实施例。
图2以包括步骤E1至E8的方法的形式示出了本发明的设备的操作。
在本发明中，单元UT主要实施以下步骤：
周期性地确定该设施的各个隔室的气体密度值；
根据先前所确定的该设施的各个隔室的一系列气体密度值来确定各自的趋势线；
将所确定的趋势线的斜率进行相互比较；
当针对这些斜率之一的比较结果大于预定阈值时，对泄露进行检测；以及，在针对一个斜率检测到泄露的情况下，
确定与导致泄露被检测到的斜率相关联的隔室的泄漏率。
更准确地说，步骤E1中，在各个隔室C1、C2、C3中测量各各自的气体压力P1、P2、P3和温度T1、T2、T3。该测量被周期性地执行，周期可由用户配置。这些测量通常被每秒执行数次。
下一个步骤E2是过滤步骤以消除异常测量并仅保留一致的值。
下一个步骤E3是确定该设施的各隔室C1、C2、C3的各自的气体密度值D1、D2、D3的步骤。
步骤E3包括参照图3描述的子步骤E31至E33。
在步骤E31中，各个隔室C1至C3的压力值MP1至MP3和温度值MT1至MT3的平均值被分别计算。这些平均值针对预定数量的测量值进行计算。该压力平均值被周期性地计算，该周期可由用户配置。
在下一个步骤E32处，根据先前计算的压力值和温度值的平均值通过使用比特-布里奇曼(Beattie-Bridgeman)状态方程(实际气体状态方程)来确定存在于各个隔室C1至C3中的气体的瞬时密度DI1至DI3。这个计算被周期性地执行，例如每隔2秒。
下一个步骤E33计算各个隔室C1至C3的瞬时密度DI1至DI3的平均值，该计算在一预定周期内进行，该预定周期呈现出在周围空气中的最低热幅度和最低负载幅度(即通过导体传递的电流的最低幅度)。
各个隔室C1至C3的瞬时密度的平均值因而是步骤E3以气体密度值D1至D3表示的结果。这个气体密度被存储在数据库BD中，因此该数据库包括针对各个隔室C1至C3的一系列日常气体密度值。自然地，中间计算的测量值和结果也被存储。
步骤E3之后的步骤E4是通过对在步骤E3所确定的针对各个隔室C1至C3的一系列气体密度值D1至D3的线性回归来确定趋势线的步骤。各个隔室因而与一条趋势线相关联。确定趋势线包括确定其斜率。
图4示出了根据气体密度D1、D2和D3序列所确定的三条趋势线DR1、DR2和DR3。给定的趋势线对应于给定的隔室。
在活动窗内计算趋势线。如下所述，该窗的尺寸根据周围环境温度、负载曲线(即在该设施中流动的电流幅度)的变化、以及检测的斜率上的不连续性来确定。
以示例的方式，GIS位于安装有空调的位置处的观察窗小于GIS位于户外或经受高热量幅度的位置处的观察窗。
与各个计算的趋势线有关的不确定界限通过在给定的置信等级上应用史蒂特氏(Student's)t-分布来建立。以示例的方式，与线DR1有关的单个界限T1被显示在图4中。
下一个步骤E5为测试以确定在趋势线之一的斜率上是否存在不连续性。当在多个值上存在斜率变化，并且当这些值在不确定界限之外时，检测到不连续性。图4示出了这种斜率上的不连续性：在趋势线DR1上，从不连续点PR开始，针对隔室C1所确定的密度值处于界限T1之外。
这个不连续点PR标记了正在进行的观察窗的边界并发起一个新窗。
当斜率上的不连续性存在时，步骤E5之后进行步骤E6，在步骤E6处，将先前窗的趋势线DR1、DR2和DR3的斜率进行相互比较。为此，每个斜率与其他两个的平均值比较，这产生了针对各个趋势线DR1、DR2和DR3的各自偏差EC1、EC2和EC3。保留绝对值最大的偏差。
在下一个步骤E7中，将保留的偏差与预定阈值进行比较。如果保留的偏差大于预定阈值，那么就声明对于偏差已保留的隔室发生了泄露。
下一个步骤E8是计算上述步骤中已声明泄露的隔室的泄漏率。该泄漏率是根据步骤E6中保留的针对所述隔室的偏差来计算的。由于隔室的体积是已知的，因此可以确定气体损耗量。泄漏率是每单位时间的气体损耗量。
为了确定在法定时段或合同时段上的泄漏率，可以累积多个观察窗。
如果在多个连续且封闭的活动窗内没有检测到泄露，那么这些窗可并列运行，以通过在并列窗范围内计算平均斜率而在更长的周期内执行新的泄漏率计算。
可以将通过人机界面INT测量或计算到的不同的事件通知给操作员。
所计算的泄漏率可以与确定最大泄漏率(例如针对完全GIS为每年0.5％)的法定或合同义务进行比较。

Claims (12)

1.一种确定绝缘气体从电气设施的气体绝缘隔室(C1、C2、C3)的泄漏率的方法，所述电气设施具有多个相似的隔室；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
周期性地确定(E3)所述设施的各个隔室的气体密度值(D1、D2、D3)；
根据先前确定的所述设施的各个隔室的一系列气体密度值来确定(E4)各自的趋势线(DR1、DR2、DR3)；
将所确定的趋势线的斜率进行相互比较(E6)；
当针对所述斜率之一的比较结果大于预定阈值时，对泄露进行检测(E7)；以及，在针对一个斜率检测到泄露的情况下，
确定(E8)与导致泄露被检测到的所述斜率相关联的隔室的泄漏率。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，周期性地确定(E3)所述设施的各个隔室的气体密度值包括：根据压力测量值和温度测量值确定(E32)存在于各个隔室中的气体的瞬时密度(DI1、DI2、DI3)，以及在预定周期上计算(E33)所述瞬时密度的平均值。
3.根据权利要求1或2所述的确定方法，其特征在于，所述各自的趋势线(DR1、DR2、DR3)是在跨所述系列气体密度值的活动窗内确定的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的确定方法，其特征在于，当检测到(E5)针对所述隔室之一的斜率上的变化时，对所述趋势线的斜率进行比较(E6)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的确定方法，其特征在于，对所述趋势线的斜率进行比较(E6)包括：将所述斜率中的每个斜率与其余斜率的平均值进行比较以确定各个斜率的偏差。
6.根据权利要求5所述的确定方法，其特征在于，检测泄露包括：选择绝对值最大的偏差并将所选择的偏差与所述预定阈值进行比较。
7.根据权利要求6所述的确定方法，其特征在于，所述泄漏率(E8)是根据所选择的最大偏差来确定的。
8.一种确定绝缘气体从电气设施的气体绝缘隔室(C1、C2、C3)的泄漏率的设备，所述电气设施具有多个相似的隔室；
其特征在于，该设备包括：
用于周期性地确定所述设施的各个隔室的气体密度值(D1、D2、D3)的装置；
用于根据先前确定的所述设施的各个隔室的一系列气体密度值来确定各自的趋势线(DR1、DR2、DR3)的装置；
用于将所确定的趋势线的斜率进行相互比较的装置；
用于当针对所述斜率之一的比较结果大于预定阈值时对泄露进行检测的装置；以及，在针对一个斜率检测到泄露的情况下，
用于确定与导致泄露被检测到的斜率相关联的隔室的泄漏率的装置。
9.一种电气设施，其特征在于，包括根据权利要求8的设备。
10.根据权利要求9所述的电气设施，其特征在于，所述电气设施是多相的，并且每个隔室对应于所述电气设施的一个相。
11.一种包括指令的计算机程序，用于当所述指令被计算机执行时执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
12.一种由计算机可读的记录介质，所述记录介质上记录了包括指令的计算机程序，所述计算机程序用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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