CN111819760B - 高压或中压装备的监控 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高压或中压技术的设备(100，200，300)，其具有：至少一个接头(101)，该接头被设计为用于与高压或中压导体(102)连接；传感器系统(103，105，107，109，111，115)，其被设计为用于确定与所述设备和/或所述导体和/或环境有关的多个不同的物理测量值和/或化学测量值；特别是无线运行的通信系统(121)，其被设计为用于从传感器系统接收测量值并将其传输到网络中的实体(135)。

Description

高压或中压装备的监控
技术领域
本发明涉及一种用于高压或中压技术的设备，并且此外还涉及一种用于高压或中压技术的方法，其中特别是对产品生命周期和/或生产过程或/和高压或中压技术的装备的运行进行监控。
背景技术
高压或中压技术中的开关设备是一种可以在其中分配或转换电能的设备。开关设备、特别是其母线可以形成高压、中压或低压电网的节点。可以将在开关设备中在节点处进入和引出的线路称为分支，可以将其设计为用于馈入、输出以及与其他电网节点的耦合。经由开关装置可以将开关设备的分支与其他电网节点连接。开关装置例如可以包括功率晶体管、断路器等。开关设备本身既可以安装在封闭的建筑物中也可以实施为户外安装，例如设计为一个或多个开关室。为了可靠地运行必须对开关设备的不同部件进行监控。
特别地，在用于高压或中压技术的设备的产品生命周期中会产生信息，所述信息一方面是已知且可获得的，另一方面是不可获得的，并且因此是未知的。已知的信息例如是所要求的质量检查，对其进行记录并进行存储。未知的信息例如包括环境要求，例如在特定环境条件下的加速度、温度、扭矩、压力负荷或停留持续时间。信息在设备的生命周期的不同阶段产生。以传统方式不能将用于高压或中压技术的设备的状态与其生命周期相关联。
以传统方式，在预先确定的测试时间点进行用于高压或中压技术的设备的质量保证。在生产中，在规定的测试区域中、例如在测试室/测试实验室中进行对与产品相关的信息的确定。在这方面由测试场设备来确定、采集数据，并且将其归因于被测对象。从运输到施工现场方面，可以借助运输组件上的震动指示器来监控运输要求。在投入运行时，借助测试设备来采集相关信息，并且将设置的传感器技术与本地系统连接以用于运行。因此，以传统方式不进行对可用于质量和功能监控的数据的连续采集。
由于技术原因，在高压和中压设备领域，借助转换器-传感器来采集设备的过程数据。将所述数据(例如电流、电压、温度、压力、加速度(振动)、湿气等)有线地传输到上级的分析系统。转换器和传感器的供电也以有线的方式进行。分析系统必须针对每个特定的应用情况单独设置参数。所采集的数据只能通过另外的次级系统来使用。
以传统的方式，利用传感器/转换器来测量诸如电流、电压、温度、压力、加速度(振动)、湿气等的测量数据。然后，根据测量值，通过电缆将测量值有线地传输到上级的控制保护装置。为此需要规划、铺设和测试穿过装置的铜缆和光缆。
因此，根据现有技术的对高压或中压技术的装备的监控是昂贵的，并且需要复杂的布线。这既涉及到生产过程、安装过程还发生在完全安装的开关设备的正常运行期间。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于高压或中压技术的设备和方法，其中减少甚至消除至少一些在现有技术中观察到的缺点或问题。
根据本发明的实施方式提供了一种用于高压或中压技术的设备，该设备具有：至少一个接头，其被设计为用于与高压或中压导体、特别是电缆和/或气体绝缘的导体和/或架空线导体连接；传感器系统，其被设计为用于确定与设备有关和/或与电缆和/或环境有关的多个不同的物理测量值和/或化学测量值；特别是无线运行的通信系统，其被设计为用于从传感器系统接收测量值并将其传输到网络中的实体。
该设备尤其可以包括开关设备，该开关设备设计用于在中压电网或高压电网中分配或转换能量。设计用于与高压或中压电缆连接的至少一个接头可以实现设计用于馈入和/或输出电能或与另外的电网节点耦合的分支。
传感器系统可以包括一个或多个传感器，这些传感器布置在设备的不同位置处、特别是布置在设备的不同的部件处，以便确定物理测量值和/或化学测量值。设备可以包括多个(电气和/或电子)部件，关于这些部件可以借助传感器系统来确定测量值。传感器系统还可以采集关于在电缆中引导的电能(例如电流和电压)的测量值。与环境有关的测量值可以涉及设备周围的条件，例如天气条件、温度、压力、湿度等。传感器系统由此可以实现对设备的全面监控。
通信系统可以包括一个或多个模块(其例如也可以集成在传感器中)，并且可以与传感器系统的所有传感器单向或双向通信连接。传感器系统的传感器的测量值尤其可以通过无线电传输、即无线地传输到通信系统和/或无线地借助通信系统传输到实体。通信系统可以有线地或无线地与实体(例如，具有数据库的服务器)所在的通信网络连接。因此，通信系统可以部分无线地以及部分有线地通信。
传感器系统可以被设计为自给自足地工作、特别是不需要特别设置的电能供应系统。由此可以提供一种用于高压或中压技术的简单构造的设备，该设备可以实现在例如生产、运输、安装和/或运行的不同的生命阶段中的监控。
根据本发明的实施方式，通信系统被设计为允许双向通信，以便获得传感器配置数据并将其传输到传感器系统，传感器配置数据尤其在保护功能和/或测量功能和/或灵敏度和/或采样率方面对传感器系统进行配置。可以将通信系统设计为用于获得控制数据并将其传输到设备的部件，以便对设备的运行进行控制。可以将通信系统设计为用于将保护控制数据传输到设备的部件，以便对设备的保护功能进行控制。
传感器配置数据可以允许特别是关于要进行的测量，例如关于测量时间点、采样间隔、测量放大等，对传感器系统的不同传感器进行配置。通信系统例如可以从来自网络的实体(例如服务器)获得控制数据，这些控制数据例如已经由设备的运营商提供或产生。控制数据例如可以包括给设备的部件的控制信号，以便(例如借助断路器和/或功率晶体管)例如接通或中断与至少一个高压或中压导体的特定连接，从而进行控制。可以将部件的保护功能设计为用于保护设备免受损坏，或者还保护连接免受损坏或损伤。
根据本发明的实施方式，设备此外还具有预处理系统，以便准备测量值以进行传输、特别是将测量值数字化和/或为测量值配备识别数据和/或时间戳和/或将测量值转变成至少一个传输数据包。
传感器系统的传感器可以以不同的方式设计并且以分别特定的格式提供测量值。预处理系统可以将这些不同的格式或表示方式转换或转变为统一的格式，并且特别是将其转化为统一的传输数据格式，以便特别是无线地将传感器系统的每个传感器的一个统一的传输数据包或多个传输数据包传输到通信系统，或者借助通信系统传输到实体。特别地，通信系统针对传感器系统的每个传感器可以包括无线传输模块，以便将相应的测量值从传感器系统的相应的传感器传输到实体。在传输数据包中例如指定了传感器的类型、测量值的含义、测量时间点、采样率、灵敏度等。
根据本发明的实施方式，测量值涉及设备的位置数据和/或加速度和/或温度和/或扭矩和/或压力负荷和/或停留持续时间。
替换地或附加地，根据本发明的实施方式，测量值涉及电导体的电流和/或电压和/或温度和/或压力和/或加速度和/或振动和/或湿度，电导体(例如经由所连接的电缆、所连接的架空线或气体绝缘连接)与设备连接。
由此可以对设备进行全面监控。由此可以确保设备的质量保证或可靠运行。
根据本发明的实施方式，通信系统被设计为在实体、特别是数据库(或服务器)中和/或在网络中自主地使其自身已知和/或进行登录。通信系统可以是中央通信系统，其从传感器系统的所有传感器获得相应的测量值。在另外的实施方式中，传感器系统的所有传感器的单独的通信模块共同形成通信系统。在这种情况下，传感器系统的所有传感器的通信模块可以特别是无线地将其相应的测量数据(单独地)传输到网络中的实体。在这种情况下，还可以将传感器系统的所有传感器的通信模块设计为在实体中自主地使其自身已知和/或进行登录，以便发起通信会话。
根据本发明的实施方式，传感器系统被设计为自给自足地(例如，在没有来自外部的(电缆连接的)帮助和支持的情况下、特别是在没有到外部的电缆连接的情况下)工作，方式是，传感器系统无线地、尤其是通过(例如从附近部件的)感应传输或者所包含的电池/蓄电池获得运行所需的能量和/或通过转换后的废热获得运行所需的能量。因此，传感器系统尤其不需要借助电能供应电缆与电能供应连接。特别地，传感器系统的每个单个的传感器可以被设计为自给自足地工作。由此可以减少设备的复杂性，并且尤其可以减少传感器系统的安装开销。
根据本发明的实施方式，该实体被设计为用于对设备的制造过程和/或运输和/或安装进行监控，和/或用于优化运行和/或产品，和/或用于执行质量保证。
因此，传感器系统与通信系统一起可以以各种各样的方式应用于设备的不同生命阶段以进行监控。
特别地，设备可以具有高压或中压领域内的开关设备(开关柜)。
应当理解，根据本发明的实施方式，单独或者以与用于高压或中压技术的设备任意组合的方式描述、说明或提供的特征可以同样地或者以相应地变型单独地或者以任意组合应用在用于高压或中压技术的方法中，反之亦然。
根据本发明的实施方式，提供了一种用于高压或中压技术的方法，该方法具有以下步骤：提供具有接头的设备，该接头被设计为用于与高压或中压导体连接；确定与设备和/或导体和/或环境有关的多个不同的物理测量值和/或化学测量值；特别是无线地将测量值传输到网络中的实体。
根据本发明的实施方式，在设备的生产和/或运输和/或安装和/或运行和/或维护期间执行该方法。
附图说明
现在参照附图来解释本发明的实施方式。本发明不限于所示出或描述的实施方式。
图1示意性示出了根据本发明的实施方式的、用于高压或中压技术的设备(也将其称为传感器系统)；
图2示意性示出了用于高压或中压技术的系统(其具有网络、数据库、服务器)，该系统包括根据本发明的实施方式的、用于高压或中压技术的设备；和
图3示意性示出了用于高压或中压技术的系统，该系统包括根据本发明的另外的实施方式的、用于高压或中压技术的设备。
相似或相同的结构或特征利用仅在第一数字位不同的附图标记表示。不同实施方式的特征可以进行组合。
具体实施方式
根据本发明的实施方式，设备包括多功能传感器机构。多功能传感器机构(下面也将其称为传感器系统)连续收集所有的相关信息，对其进行处理，并且可以自给自足地将其存储在数据库(云)，例如实体、特别是计算机服务器中。此外，由于存储了GPS数据、加速度值和温度曲线，因此可以检查设备的整个生产过程是否存在偏差。例如，在制造过程中，可以借助加速时间曲线来采集制造机器的振动。此外，还可以采集运输过程中的流程，其中可以通过自给自足的系统来通知运输负荷。在此，可以迅速采集到过大负荷，并且可以立即采取措施以抵消过大负荷。
此外，在安装和/或投入运行期间，可以借助传感器系统来收集信息。通常，传感器系统的传感器可以独立地在本地网络中进行登录或使其已知。此外，与各个装置相关联的传感器系统的传感器可以相互通信并交换相关信息。此外，在运行和/或维护期间可以借助传感器系统和通信系统进行监控，其中可以基于各个部件的运行状态来优化运行管理。
根据本发明的实施方式，可以对用于高压或中压技术的设备的部件的产品生命周期进行连续监控。产品相关的数据可以通过自给自足的传感器机构存储在上级数据库(云)中，并且可以通过各种各样的分析应用程序进行进一步处理。在此，可以监控制造过程，执行运输监控和安装监控，执行运行优化，执行产品优化，并且可以执行质量保证。
传感器系统的传感器除了可以检测由运行引起的参量(例如温度、电压、电流、气体密度)，还可以检测与生命周期相关的数据(例如加速度、振动、湿气、GPS数据)。传感器机构可以连续且自给自足地工作，并且可以将相关数据传输到数据库以供进一步使用，为此可以使用通信系统。传感器机构可以(例如通过分布式或中央设计的通信系统)独立地在施工现场处在本地的网络处登录，并在安装/投入运行期间交换相关数据，以记录质量保证。
可以对产品的整个生命周期进行连续的监控。由此可以实现生产改进，可以减少失误成本，并且可以优化运行管理。
根据本发明的另外的实施方式，使用传感器系统来监控用于高压或中压技术的设备的运行。在此，自给自足地工作的传感器机构可以连续收集所有相关的测量值，对其进行处理(例如进行数字化)，并且自给自足地且无线地将其传输或对其进行进一步处理(例如将其转换为派生值，将其用于内部的处理算法等)。数据流也可以双向进行，并且由此可以实现传感器系统的传感器的传感器参数的改变。例如，可以在电流测量时进行保护功能到测量功能的切换，可以进行精度等级调整，可以设置数据采样率等。
可以将传感器与设备的部件相关联，并且传感器可以(例如经由通信系统或同一通信系统的与传感器相关联的模块)自主地在设备数据库上登录(即插即用)。所需信息可以直接存储在数据库中。在传感器中可以(特别是借助预处理系统)对数据进行预处理，使得数据库中的算法可以实施更高价值的功能(例如保护和监控)。在此，通过能够实现“在云中的保护(protection in the cloud)”，可以省去附加的硬件。单个功能(例如备份保护、比较值采集等)在传感器中自给自足地实施，或者也通过(经由云)直接与一个或多个部件传感器进行通信来实施。消息或控制命令可以直接发送到所涉及的部件。
通过本发明的实施方式可以实现不同的优点。例如，可以简化布线和/或可以完全省去铺设电缆。可以实现装置的节省并且减少所需的控制柜和保护柜，从而可以减少空间需求。此外，可以减少工程开销。
传感器机构可以连续且自给自足地工作，并且可以将相关数据传输到数据库中以供进一步使用，或者与其他传感器交换相关数据。在此，可以借助无线即插即用方式(Wireless plug+play)进行数据传输。传感器可以与现有的部件适配，并且新的部件可以在工厂交货时就已经集成有传感器机构。在替换的实施方式中，数据采集可以以分散的方式进行，而无需直通式的透明性(durchgehende Transparenz)。
图1示意性示出了根据本发明的实施方式的、用于高压或中压技术的设备100。在图1中示出的设备100包括至少一个接头101，该接头101设计用于与高压或中压导体102连接，以便由此实现分支。此外，设备100还包括由多个传感器103、105、107、109、111、115组成的传感器系统，传感器设计用于确定与设备100有关的多个不同的物理测量值和/或化学测量值，和/或确定与连接到接头101的电导体(例如电缆或气体绝缘导体或架空线导体)有关的物理测量值和/或化学测量值，和/或确定与环境有关的物理测量值和/或化学测量值。特别地，传感器103设计用于确定加速度，传感器105设计用于确定位置(通过GPS)，传感器107设计用于确定湿度，并且传感器109设计用于确定温度。传感器111可以被设计为用于确定电流和电压，并且传感器115可以被设计为用于确定在连接到接头101的电缆上存在的磁通量。
设备可以包括用于分析/采集/控制测量值并且可以实现设备的正常运行的不同的部件117、119，例如可以将所述设备设计为开关设备。传感器可以分别与一个或多个部件117、119相关联。
此外，设备100还具有无线通信系统121，该无线通信系统121被设计为用于从传感器103、105、107、109、111、115获得测量值，并且尤其是在由预处理系统120进行整理之后，特别是无线地传输到网络130中的实体135。由此，测量值可以通过无线电波123传输到实体135。
因此，可以采集数据并无线地将其发送到上级系统。在此，通信系统121本身可以自给自足地在云中、例如网络130中登录(例如，WLAN即插即用)。此外，传感器系统和/或通信系统121可以具有自给自足的供电、特别是电能供应。此外，传感器系统和/或通信系统可以对测量值、特别是测量数据进行预处理，使得可以在云中(特别是由例如计算机服务器的实体135)使用所述数据。简单的基本配置(部件寻址等)可以通过MLFB(例如利用DIP开关)实现。在通信系统121与实体135和/或传感器之间可以实现双向数据流，以便例如可以在电流测量时实现保护功能到测量功能的切换，实现精度等级调整，设置数据采样率等。传感器系统可以自给自足地实施各个功能(例如备份保护、比较值采集等)，或者还可以通过与一个或多个部件传感器直接通信来执行所述各个功能。此外，设备还可以接管其所属的部件的通知和控制。
图2示意性示出了根据本发明的实施方式的设备200，其与网络230连接(例如与云连接)。设备200包括具有多个分支233的通信系统231，这些分支可以实现与装备部件239连接。此外，装备部件239包括传感器，根据本发明的实施方式其可以借助未详细示出的传感器系统来监控。传感器系统的测量值作为测量信号237传输到控制和监控单元235(其对应于图1中的网络中的实体135)，控制和监控单元235配备有或者连接到未详细示出的通信系统。控制和监控单元235经由通信链接241(无线或有线地)与网络230(例如因特网或数据湖)连接。通信系统设计用于从传感器系统接收测量值，并将其传输到网络230中的实体235。
传感器系统的传感器可以从其环境中获得能量(例如高压设备中的感应，转换的废热等)作为电能供应。传感器系统的传感器可以独立地使其自身对周围的网络(例如无线网络)已知，并且例如可以报告：正在监控哪些部件以及正在发送哪种类型的数据。在上级的云中，通过执行算法来处理由传感器获得的测量数据或测量值，而传感器本身不再使用算法或从其他站点采集算法。在时间上严格的功能可以/应该直接从进行采集的传感器发送到进行执行的传感器。
图3示意性示出了根据本发明的实施方式的另外的设备300，其与网络330连接。例如，设备300可以被设计为开关设备，并且包括传感器系统以及通信系统，通信系统可以以通信的方式通过加密功能与网络330连接。在网络330内布置有实体335，实体可以包含例如数据库，在设备300中获得的测量值发送到该数据库。

Claims (10)

1.一种用于中压技术的开关设备(100，200，300)，所述开关设备具有：
至少一个接头(101)，所述接头被设计为用于与中压导体(102)连接；其中，所述开关设备包含至少一个母线，所述母线形成中压电网的节点并且能够通过开关装置与另外的电网节点连接，
传感器系统(103，105，107，109，111，115)，所述传感器系统被设计为用于确定与所述开关设备和/或所述导体和/或环境有关的多个不同的物理测量值和/或化学测量值；
通信系统(121)，所述通信系统被设计为用于从传感器系统接收测量值并将其传输到网络中的实体(135)，其特征在于，
所述通信系统(121)被设计为允许双向通信，以便获得传感器配置数据并将其传输到所述传感器系统(103，105，107，109，111，115)，所述传感器配置数据在保护功能和测量功能和灵敏度和/或采样率方面对所述传感器系统进行配置；和
获得控制数据，所述控制数据包括给所述开关设备的部件的控制信号，并将其传输到所述开关设备的部件，以便控制所述开关设备的运行，以接通或中断与至少一个中压导体的连接，
其中，所述开关设备还具有预处理系统(120)，以便准备测量值以进行传输、将测量值数字化和为测量值配备识别数据和/或时间戳和/或将测量值转变成至少一个传输数据包。
2.根据权利要求1所述的开关设备，其中，所述中压导体(102)被构造为电缆和/或气体绝缘导体和/或架空线导体。
3.根据权利要求1所述的开关设备，其中，所述测量值涉及所述开关设备的
位置数据和/或
加速度和/或
温度和/或
扭矩和/或
压力负荷和/或
停留持续时间
和/或涉及与所述开关设备连接的导体的
电流和/或
电压和/或
温度和/或
压力和/或
加速度和/或
振动和/或
湿度。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的开关设备，其中，所述通信系统(121)被设计为在所述实体(135)和/或在网络(130)中自主地使其自身已知和/或进行登录。
5.根据权利要求4所述的开关设备，其中，所述实体(135)被构造为数据库。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的开关设备，其中，所述传感器系统被设计为能够自给自足地工作，方式是，所述传感器系统无线地、通过感应传输获得运行所需的能量和/或通过转换后的废热获得运行所需的能量。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的开关设备，其中，所述实体(135)被设计为用于监控制造过程和/或运输和/或安装，和/或用于优化运行和/或产品，和/或用于执行质量保证。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的开关设备，其中，所述传感器系统的所有传感器的单独的通信模块共同形成所述通信系统。
9.一种用于中压技术的方法，所述方法包括：
提供具有接头(101)的根据权利要求1至8中任一项所述的开关设备(100，200，300)，所述接头(101)被设计为用于与中压导体(102)连接；
确定与所述开关设备和/或所述导体和/或环境有关的多个不同的物理测量值和/或化学测量值；
无线地将所述测量值传输到网络(130)中的实体(135)其中，
通信双向地进行，以便获得传感器配置数据并将其传输到所述传感器系统(103，105，107，109，111，115)，所述传感器配置数据在保护功能和测量功能和灵敏度和/或采样率方面对所述传感器系统进行配置；和获得控制数据，所述控制数据包括给所述开关设备的部件的控制信号，并将其传输到所述开关设备的部件，以便控制所述开关设备的运行以接通或中断与至少一个中压导体的连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在如下期间执行所述方法：所述开关设备的
生产和/或
运输和/或
安装和/或
运行和/或
维护。
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