CN113498475A - 包括温度分布确定装置的高压系统 - Google Patents

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Abstract

包括温度分布确定装置的高压系统。一种高压系统(9)，包括：高压套管(5)，其具有配置为与填充有介电液体(3b)的箱(3a)组装在一起的套管本体(5a)，其中，套管本体(5a)具有腔体(5b)，并且套管(5)包括介电液位传感器(5f)，该介电液位传感器被配置为测量腔体(5b)中的介电液位(11)；以及温度分布确定装置(7)，其被配置为基于由介电液位传感器(5f)测量到的介电液位(11)确定套管(5)中的热分布。

Description

包括温度分布确定装置的高压系统
技术领域
本公开总体上涉及一种高压系统。具体地，本公开涉及包括高压套管的高压系统。
背景技术
高压套管对操作温度很敏感。温度传感器可以提供仅在非常靠近传感器处的部分认识，这不可代表整个套管。涉及到在温度水平信息最受关注的最关键区域附近安装温度传感器也存在实际问题。传感器自身可能会造成套管的额外故障点，从而阻碍传感器的目的。如果要安装多个温度传感器，甚至会有更加严重的困难。
诸如JP2008039683A和JPS6363923A的各种公开文件公开了设置有用于检测套管中油位的装置的充油套管。
套管油位被认为对于其中油在套管内循环的充油套管的持续短期操作来说至关重要。然后，降低的油位可能会阻止油循环并迅速导致过热。为了电气耐受强度，也可能需要油。
对于干式套管，油位对于套管的持续短期操作来说并不重要。油不被认为是套管的部分，但由于套管连接到变压器箱并与箱中的油流体连通，因此套管将至少部分地填充有油。
发明内容
对套管的状况进行清楚理解需要详细了解套管内的温度分布。例如，树脂浸渍套管的测量抽头处的电压可用于检测箔之间的部分击穿并预测即将发生的击穿，但精度根据对温度分布的了解。
有鉴于此，本公开的目的在于提供一种解决或至少减轻现有技术的问题的高压系统。
因此，根据本公开的第一方面，提供了一种高压系统，包括：高压套管，其具有被配置为与填充有介电液体的箱组装在一起的套管本体，其中，该套管本体具有腔体，并且套管包括介电液位传感器，该介电液位传感器被配置为测量腔体中的介电液位；以及温度分布确定装置，其被配置为基于由介电液位传感器测量到的介电液位确定套管中的热分布。
由于套管中估计的温度分布，可以获取对套管的改进状况监测。
此外，由于可以在给定时间(例如，实时地)获取对套管中的温度分布的估计，因此套管的额定值可以被视为动态而非传统静态的观点。这是由于允许通过套管的电流量是根据套管中的温度的。例如，如果在某个时间处所估计的温度分布反映了套管中的相对较低温度，则在该时间处可能使比套管的传统额定值所允许的更多的电流通过套管。电网操作员因此可以能够在操作电网时使用套管中的对其有利的估计的温度分布。
介电液位传感器可例如是超声传感器、电容传感器、浮动装置、光纤传感器或等静压传感器中的一种，该浮动装置的位置可以相对于安装在例如套管的顶部或底部处的接收器进行确定。
根据一个实施例，套管本体具有设置有通向腔体中的开口的箱端部。套管因此与箱的内部液体连通。因此，来自箱的介电液体可以流入套管中。
根据一个实施例，温度分布确定装置被配置为接收通过套管的电流的电流值，其中，温度分布确定装置被配置为还基于电流值确定温度分布。
根据一个实施例，温度分布确定装置被配置为获取套管周围的环境空气的环境空气温度，其中，温度分布确定装置被配置为还基于环境空气温度确定温度分布。
根据一个实施例，温度分布确定装置被配置为获取箱中的介电液体的介电液体温度，其中，温度分布确定装置被配置为还基于介电液体温度确定温度分布。
根据一个实施例，温度分布确定装置包括套管的数学模型，其中，温度分布确定装置被配置为利用数学模型来确定套管中的温度分布。
根据一个实施例，数学模型基于套管的几何形状并考虑天气状况。
套管的几何形状可例如包括套管长度、套管直径和/或安装角度，例如套管的中心轴线相对于水平或竖直平面的角度。
天气状况可例如包括环境空气温度、风速和降水中的一者或多者。
数学模型可以考虑套管的导体类型。
根据一个示例，数学模型可以被配置为接收以箱中的介电液体温度和/或流动通过套管、特别是流动通过套管的导体的电流的形式的输入数据。
根据一个实施例，数学模型还基于套管包括树脂浸渍材料。
根据一个实施例，套管是干式套管。
根据一个实施例，套管是树脂浸渍套管。套管可例如是树脂浸渍纸套管或树脂浸渍合成套管。
根据本公开的第二方面，提供了一种高压电磁感应系统，包括：根据第一方面的高压系统，以及包括填充有介电液体的箱的电磁感应装置，其中，套管与箱组装在一起。
电磁感应装置可例如是变压器或电抗器。
箱中的介电液体可例如是矿物油、合成酯、天然酯或异链烷烃液体。
根据本公开的第三方面，提供了一种确定高压套管中的温度分布的方法，该高压套管与填充有介电液体的箱组装在一起，其中，套管具有套管本体，该套管本体具有腔体，并且套管包括介电液位传感器，其被配置为测量腔体中的介电液位，其中，该方法包括：a)获取腔体中的由介电液位传感器测量到的介电液位，以及b)基于介电液位确定套管中的温度分布。
一个实施例包括获取通过套管的电流的电流值，其中，步骤b)还基于该电流值。
一个实施例包括获取套管周围的环境空气的环境空气温度，其中，步骤b)还基于该环境空气温度。
一个实施例包括获取箱中的介电液体的介电液体温度，其中，步骤b)还基于该介电液体温度。
通常，权利要求中使用的所有术语均应根据其在技术领域中的通常含义来解释，除非本文另有明确定义。除非另有明确说明，否则所有对“一/一个/该元件、设备、部件、装置”等的引用都应被公开解释为指该元件、设备、部件、装置等的至少一个实例。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明构思的具体实施例，在附图中：
图1示意性地示出了高压电磁感应系统的示例的截面图；
图2是温度分布确定装置的示意框图；以及
图3是确定高压套管中的温度分布的方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明构思，在附图中示出了示例性实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于这里阐述的实施例；相反，这些实施例是通过示例的方式提供的，以使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中，相同的数字指代相同的元素。
图1描述了高压电磁感应系统1的示例。示例性的高压电磁感应系统1包括电磁感应装置3、高压套管5和温度分布确定装置7。高压套管5和温度分布确定装置7形成高压系统9。
电磁感应装置3为高压电磁感应装置3。电磁感应装置3可例如为变压器或电抗器。电磁感应装置3具有箱3a。电磁感应装置3还可以包括电磁部件，诸如，磁芯、保持磁芯的轭、围绕磁芯的一个或多个分支缠绕的一个或多个绕组以及固态电绝缘体(未示出)。电磁感应装置3包括介电液体3b。箱3a通常填充有介电液体3b。
高压套管5有利地是干式套管，诸如，树脂浸渍纸或合成套管。高压套管5被配置为安装在箱3a中。高压套管5可例如具有凸缘，其可以通过该凸缘安装到箱3a。箱3a具有箱开口，该箱开口被配置为接纳高压套管5的一部分。
高压套管5具有套管本体5a。套管本体5a可例如设置有前述凸缘。套管本体5a具有腔体或内部空间5b。套管本体5a通常是伸长的，诸如大体是圆柱形的。高压套管5还具有延伸穿过套管本体5a的导体5c。腔体5b可以包围导体5c而形成。在一些示例中，导体5c可以是中空的，并且腔体5b可以在中空导体5c内部延伸。
套管本体5a具有配置为由箱3a接纳的箱端部5d。根据示例性的高压套管5，箱端部5d设置有开口5e。导体5c可以穿过开口5e延伸到箱3a中。开口5e通向腔体5b中。至此，当高压套管5安装在箱3a中时，腔体5b与箱3a的内部流体连通。当高压套管5安装在箱3a中时，箱3a中的介电液体3b流入到套管本体5a的腔体5b中。因此，由于介电液体3b已经从箱3经由开口5e流入套管本体5a中，因此在腔体5b中将通常随时存在介电液位11。
高压套管5包括介电液位传感器5f。介电液位传感器5f被配置为测量腔体5b中的介电液位11。为此目的，可以使用任何合适的介电液位传感器。
温度分布确定装置7被配置为从介电液位传感器5f接收介电液位测量结果。温度分布确定装置7被配置为基于介电液位测量结果确定高压套管5中的温度分布。该确定是对高压套管5中的温度分布的估计。温度分布可例如沿着高压套管5的轴向方向和/或沿着高压套管5的径向方向。
在图1所示的示例中，温度分布确定装置7被设置为远离高压套管5和电磁感应装置3，但也可以替代地安装在高压套管5上或安装在电磁感应装置3上。在本示例中，温度分布确定装置7被配置为与高压套管5(例如，介电液位传感器5f)进行无线通信，但是可以替代或附加地设置成与高压套管5有线连接。
图2示意性地示出了温度分布确定装置7的示例的框图。温度分布确定装置7可以包括处理电路13和存储介质15。
处理电路13可例如使用合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一者或多者的任意组合，并且能够执行任何本文所公开的关于在高压套管5中确定温度分布的操作。
存储介质15可例如体现为存储器，诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，且更特别地体现为装置的在外部存储器中的非易失性存储介质，诸如，USB(通用串行总线)存储器或闪存存储器(诸如，紧凑型闪存存储器)。
根据一个示例，温度分布确定装置7可以实施为云解决方案。至此，根据一种变型方式，本文所公开的关于在高压套管5中确定温度分布的操作可以部分地或全部地在云中执行。
温度分布确定装置7可以配置为接收流动通过高压套管5的导体5c的电流的电流值。在这种情况下，温度分布确定装置7可以配置为还基于电流值确定高压套管5中的温度分布。电流值可例如从诸如电流互感器的传感器获取，或者其可以被估计。
温度分布确定装置7可以配置为获取高压套管5周围的环境空气的环境空气温度T1。在这种情况下，温度分布确定装置7可以配置为还基于环境空气温度T1确定高压套管5中的温度分布。环境空气温度T1可以例如从本地温度传感器、从气象站或从天气预报获取。
温度分布确定装置7还可以配置为获取其他的天气状况数据(诸如，当前降水和风速)。降水和风速可例如从本地传感器、从气象站或从天气预报获取。温度分布确定装置7可以配置为还基于诸如风速和/或降水的天气状况数据确定高压套管5中的温度分布。
温度分布确定装置7可以配置为获取箱3a中的介电液体3b的介电液体温度T2。在这种情况下，温度分布确定装置7可以配置为还基于介电液体温度T2确定高压套管5中的温度分布。
介电液体温度T2的测量可以优选地在与高压套管5和箱3a之间发生流体连通的点对应的竖直位置(例如距离任何损耗产生部件至少10mm)处执行。
温度分布确定装置7可以包括高压套管5的数学模型。特别地，存储介质15可以包含数学模型，在可由处理电路13执行的计算机程序中包括该数学模型。高压套管的数学模型可例如基于套管的几何形状和/或套管的类型，例如，干式树脂浸渍套管，特别是树脂浸渍纸/合成套管。数学模型可以设计为使用上述数据(例如，电流值、环境空气温度T1、天气状况、以及介电液体温度T2)中的任一数据作为输入数据，以用于确定高压套管5中的温度分布。
有限元方法(FEM)或类似方法可以用于通过使用诸如通过导体5c的电流值/电流、环境空气温度T1和/或高压套管中的腔体内部的空气温度、测量到的介电液位、以及介电液体温度T2的输入以及边界条件来找到数学模型的一个或多个解，确定高压套管5中的温度分布。
图3为通过温度分布确定装置7确定高压套管5中的温度分布的方法流程图。
在步骤a)中，从介电液位传感器5f获取由介电液位传感器5f测量到的介电液位11。
额外数据(诸如，天气状况数据、通过导体5c的电流的电流值、环境空气温度T1、以及介电液体温度T2中的任何数据)也可以在步骤a)中获取，尽管不一定同时获取。
在步骤b)中，基于由介电液位传感器5f测量到的介电液位11确定高压套管5中的温度分布。
在步骤a)中获取上述额外数据中的任何数据的情况下，这种数据也可用于确定温度分布。在不同实施例中使用的特定的额外参数(即，额外数据中的所有或一些)通常根据数学模型的实施和高压套管5中估计温度分布的期望精度。使用介电液位、环境空气温度T1、箱3a中的介电液体温度T2、流动通过套管的电流的电流值以及风速和降水提供了最准确估计。
根据一个示例，高压套管5可以包括一个或多个温度传感器。温度分布确定装置7可以使用这些温度测量结果来调节数学模型的参数(诸如，对空气的传热系数)。这种调节可例如在有限时间段内执行。在调节时间段之后，温度测量结果可用于识别套管故障的早期警告，例如，如果测量到的温度高于对应的数学模型温度，则表明可能发生击穿的损失的增加。一个或多个温度传感器可以设计为具有比套管自身更短的预期寿命，以使得即使传感器在调节时间段后停止工作，套管仍可以继续可靠的操作。
上文已经主要参考几个示例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如所附权利要求限定的本发明构思的范围内，除了以上公开的实施例之外的其他实施例同样是可行的。

Claims (15)

1.一种高压系统(9)，包括：
高压套管(5)，所述高压套管具有配置为与填充有介电液体(3b)的箱(3a)组装在一起的套管本体(5a)，其中，所述套管本体(5a)具有腔体(5b)，并且所述套管(5)包括介电液位传感器(5f)，所述介电液位传感器被配置为测量所述腔体(5b)中的介电液位(11)；以及
温度分布确定装置(7)，所述温度分布确定装置被配置为基于由所述介电液位传感器(5f)测量到的介电液位(11)确定所述套管(5)中的热分布。
2.根据权利要求1所述的高压系统(9)，其中，所述套管本体(5a)具有设置有通向所述腔体(5b)中的开口(5e)的箱端部(5d)。
3.根据权利要求1或2所述的高压系统(9)，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为接收通过所述套管(5)的电流的电流值，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为还基于所述电流值确定温度分布。
4.根据前述权利要求中任一项所述的高压系统(9)，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为获取所述套管(5)周围的环境空气的环境空气温度(T1)，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为还基于所述环境空气温度(T1)确定温度分布。
5.根据前述权利要求中任一项所述的高压系统(9)，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为获取所述箱(3a)中的介电液体的介电液体温度(T2)，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为还基于所述介电液体温度(T2)确定温度分布。
6.根据前述权利要求中任一项所述的高压系统(9)，其中，所述温度分布确定装置(7)包括所述套管(5)的数学模型，其中，所述温度分布确定装置(7)被配置为利用所述数学模型确定所述套管(5)中的温度分布。
7.根据权利要求6所述的高压系统(9)，其中，所述数学模型基于所述套管(5)的几何形状并考虑天气状况。
8.根据权利要求7所述的高压系统(9)，其中，所述数学模型还基于所述套管(5)包括树脂浸渍材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的高压系统(9)，其中，所述套管(5)是干式套管。
10.根据前述权利要求中任一项所述的高压系统(9)，其中，所述套管(5)是树脂浸渍套管。
11.一种高压电磁感应系统(1)，包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的高压系统(9)，以及
电磁感应装置(3)，所述电磁感应装置包括填充有介电液体(3b)的箱(3a)，其中，所述套管(5)与所述箱(3a)组装在一起。
12.一种确定高压套管(5)中的温度分布的方法，所述高压套管与填充有介电液体(3b)的箱(3a)组装在一起，其中，所述套管(5)具有套管本体(5a)，所述套管本体具有腔体(5b)，并且所述套管(5)包括介电液位传感器(5f)，所述介电液位传感器被配置为测量所述腔体(5b)中的介电液位(11)，其中，所述方法包括：
a)获取所述腔体(5b)中的由所述介电液位传感器(5f)测量到的介电液位(11)，以及
b)基于所述介电液位(11)确定所述套管(5)中的温度分布。
13.根据权利要求12所述的方法，包括获取通过所述套管(5)的电流的电流值，其中，步骤b)还基于所述电流值。
14.根据权利要求12或13所述的方法，包括获取所述套管(5)周围的环境空气的环境空气温度(T1)，其中，步骤b)还基于所述环境空气温度。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，包括获取所述箱(3a)中的介电液体(3b)的介电液体温度(T2)，其中，步骤b)还基于所述介电液体温度(T2)。
CN202080017953.2A 2019-03-01 2020-02-28 高压系统、高压电磁感应系统及确定套管温度分布的方法 Active CN113498475B (zh)

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