CN114175431A

CN114175431A - 用于气体绝缘的开关设备的具有uhf天线的连接结构

Info

Publication number: CN114175431A
Application number: CN201980099047.9A
Authority: CN
Inventors: A.特萨格; A.维登鲍尔
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2022-03-11
Also published as: EP3984102A1; WO2021023363A1

Abstract

提供一种用于连接气体绝缘的开关设备(1)的两个设备部分(3、5)的连接结构(13)，所述连接结构具有：金属法兰环(17)；法兰环(17)中的浇铸树脂浇注口(19)；以及具有UHF天线(22、24)的UHS传感器(23)，所述UHS传感器(23)安装在浇铸树脂浇注口处。

Description

用于气体绝缘的开关设备的具有UHF天线的连接结构

技术领域

本发明涉及一种用于连接气体绝缘的开关设备的两个壳体部分的连接结构，涉及一种气体绝缘的开关设备，还涉及一种用于连接气体绝缘的开关设备的两个壳体部分的连接结构的制造方法或改装方法，并且还涉及一种监视气体绝缘的开关设备的方法。

背景技术

气体绝缘的开关设备(gasisolierte Schaltanlage，GIS)是用于高压和中压的一种完全气密封装的开关设备，其用六氟化硫(SF₆)作为保护气体来包围一个或多个电导体，以进行绝缘。因此，可以在狭小的空间内实现紧凑的开关设备。在常压下，SF₆的介电强度是空气的三到四倍。

在开关设备内部发生故障的情况下，可能出现电弧故障，通常是气体放电。在此，可能出现非常高的过压和发热，其可能对开关设备施加机械和/或热应力，并且在某些情况下可能使开关设备损坏。尤其是，气体绝缘的开关设备(GIS)中的部分放电(TE)可能产生频率在超高频率(UHF)范围内的电磁波。可以为了监视和诊断的目的来检测和分析这些UHF波。因此，在GIS上存在UHF传感器的情况下，可以很容易地进行监视。

然而，传统上，气体绝缘的开关设备仅不足地配备了UHF传感器。也并非在所有情况下都能够加装UHF传感器，或者只有在整个设备关闭时才使得能够加装UHF传感器。尤其是，在GIS上不总是存在视口(Viewport)，或者其数量是非常有限的。此外，还发现，放置在视口上的UHF传感器的灵敏度非常低。原则上，UHF天线不能安设在具有金属环的法兰上，因为在这样放置时，电磁波不能穿过金属，因此不能被检测到。

传统上，气体绝缘的开关设备已经经过了改装，但是这需要关闭设备，或者需要SF₆气体工作和新的专门制造的部件。

因此，本发明要解决的技术问题是，提供装置和方法，其使得能够对GIS进行监视，尤其是将UHF传感器或UHF天线安设在GIS上，使得能够检测由于部分放电而产生的电磁波。

上述技术问题通过独立权利要求的主题来解决。从属权利要求尤其是详细描述了本发明的实施方式。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供一种用于连接气体绝缘的开关设备的两个模块(也称作设备部分)的连接结构，其具有：

金属法兰环；法兰环中的浇铸树脂浇注口；以及具有天线的UHF传感器，UHF传感器安装在浇铸树脂浇注口处。

气体绝缘的开关设备(gasisolierte Schaltanlage，GIS)可以包括多个设备模块(也称作设备部分)，其中，在设备部分中的每一个中可以布置电流导体或电气部件，例如电压转换器、电流转换器、分离器、断路器单元、接地装置或类似装置。可能需要将位于第一设备部分中的电气部件与位于第二设备部分中的第二电气部件连接。为此，可以使用传统上也可以称作“套管(Durchführung)”的连接结构。连接结构一方面在机械上将两个设备部分彼此连接，并且还使得位于第一设备部分中的第一电气部件与位于第二设备部分中的第二电气部件能够电连接。因此，设备部分中的每一个都具有外壁、尤其是金属外壁和被外壁包围的内部空间，一个或多个电气部件布置在该内部空间中。

由法兰环、浇铸树脂体和一个或三个电极构成的连接结构(套管)被设置为用于将两个设备部分在机械上和电气上相互连接，其中，在此必须实现气密的连接。浇铸树脂体被浇注到(例如由金属制成的)法兰环中，并且电极被浇注到浇铸树脂体中。在运行中，气体绝缘的开关设备被填充以气体(一般为SF₆)，并且被设计为用于500kV以上的电压。

传统上，可以在法兰环上设置塞子(也称作盖件)，在打开时，塞子使得能够与浇铸树脂直接接触，因为浇铸树脂被法兰环包围。

因此，传统上，塞子用于封闭浇铸树脂浇注口并且具有圆形的横截面。因此，当开关设备完全安装好时，可以从外部接近浇铸树脂浇注口。

根据本发明的实施方式，可以在单独的制造过程或改装过程中制造或改装连接结构。改装例如可以包括用UHF传感器替换塞子(盖件)。UHF传感器至少包括UHF天线，并且可以附加地具有封闭和密封作用，以(与传统的塞子/盖件类似地)封闭浇注口。

根据IEC 60270，部分放电是仅部分地桥接导体之间的绝缘的局部放电。它们通常是(液体、固体或气态)绝缘材料内部或绝缘体或导体的表面上的局部电场强度增加的结果。

部分放电是GIS内部的缺陷或杂质的结果并且产生电磁波，然后电磁波传播。这些电磁波具有UHF(Ultra-Hoch-Frequenz，超高频)范围内的频率，并且可以借助UHF探头或天线来检测。

UHF探头可以安设在内部或外部。内部设计最好在GIS的制造期间安设，因为改装与高成本相关联。

在法兰环上的外部设计仅在法兰环不是金属的时是可行的。外部设计如同在视口上的设计一样更容易受干扰。

可以通过浇铸树脂浇注口来安装UHF天线，使得UHF天线至少部分伸入内部空间中；因此，给出了一种为了监视和诊断的目的安装或使用UHF天线的便捷的可能性。

根据本发明的一个实施方式，安装UHF天线，使得可以检测在GIS内部存在的电磁波。由部分放电引起的电磁波在气体绝缘的开关设备的内部空间中传播，因此它们也可能存在于浇铸树脂内部。因此，使得能够容易地对气体绝缘的开关设备进行监视。

根据本发明的一个实施方式，浇铸树脂浇注口穿过法兰环的外周面。传统上，浇铸树脂浇注口可以存在于该外周面上。在通过浇铸树脂浇注口浇注浇铸树脂期间，可以通过板件(或浇注模具)来封闭法兰环的端侧。

在被法兰环包围的空间中，可以设置一个(或多个(取决于电气相数))连接电极，连接电极被浇铸树脂包围并且在固化之后在机械上固定。连接电极(或一般地电气连接结构)可以使得GIS的第一设备部分中的第一导体能够与GIS的第二设备部分中的第二导体尤其是电连接。

安装UHF天线，使得其与(固化的)浇铸树脂材料接触。浇铸树脂材料可以具有介电材料，尤其是非导电材料。尤其是，电磁波可以在浇铸树脂材料内部以更小的衰减传播。因此，存在于GIS内部空间内部的电磁波也可以传播穿过浇铸树脂材料并且被UHF天线检测到。

浇铸树脂材料可以是不透气的，以形成不透气的连接结构。

在实施方式中，首先浇注浇铸树脂材料，而不包围UHF天线。在浇铸树脂材料固化之后，才能够适当地安装具有UHF天线的UHF传感器。为此，UHF传感器可以具有安装区段和与之连接的封闭区段。安装区段使得能够安装在法兰环上，其中，封闭区段封闭浇注口。UHF天线可以固定在例如具有盖件的功能的封闭区段上。

通过将安装区段拧入围绕浇注口的已有的孔中，可以将UHF传感器安装在法兰环上。

根据本发明的一个实施方式，盖件具有导体套管，通过导体套管，由UHF天线检测到的天线信号能向外释放。盖件一般可以由金属制成，例如由钢制成。导体套管可以被绝缘地引导通过盖件的金属材料。

导体套管例如可以被设计为是两极的。因此，使得能够容易地向外引导天线电信号。

在本发明的一个实施方式中，UHF传感器在外侧具有电气接头(N插头或BNC插头)，电气接头与UHF天线的头电连接。可以仅在需要时借助同轴电缆将部分放电测量设备连接在该接头上。在不使用的情况下，通过插头连接件上的保护帽将天线短路。不必在每种情况下都进行监视。因此可以实现大的灵活性。

根据本发明的一个实施方式，UHF传感器的封闭区段和/或限定浇铸树脂浇注口的法兰环的边缘具有密封装置，该密封装置尤其是对于SF₆是密封的。由此可以支持传统上填充有SF₆的气体绝缘的开关设备。

根据本发明的一个实施方式，法兰环基本上是圆柱形的。由此可以支持传统的连接结构，并且可以将GIS设备部分的传统的法兰与法兰环连接。

根据本发明的一个实施方式，法兰环沿着圆周具有孔，以便能够在(法兰环的)两个端侧中的每一个上借助螺钉和/或螺栓安设GIS的相应的设备部分，其中，安设尤其是可以气密地进行。因此，可以支持传统的用于在法兰环和设备部分之间进行连接的连接技术。

根据本发明的一个实施方式，UHF天线被设计为用于接收由气体放电或火花形成触发的电磁波，尤其是频率在100MHz和2GHz之间的电磁波。因此，可以实现对GIS的有效的监视。

根据本发明的一个实施方式，提供一种气体绝缘的开关设备，该开关设备具有第一设备部分和第二设备部分以及根据前述实施方式之一的连接结构(传统上也称作“套管”)，该连接结构在第一端侧与第一设备部分连接，并且在第二端侧与第二设备部分连接。

GIS可以具有其中具有其它电气部件的其它设备部分。尤其是，可以设置多个根据本发明的实施方式的连接结构，以使得能够在GIS的不同位置进行监视。

应当理解，根据本发明的实施方式，单独或者以任意组合结合用于连接气体绝缘的开关设备的两个设备部分的连接结构描述、提供或者说明的特征，同样可以单独或者以任意组合应用于制造或改装GIS的方法或者监视GIS的方法，以及相反。

根据本发明的一个实施方式，提供一种制造和/或改装用于连接气体绝缘的开关设备的两个设备部分的连接结构的方法，所述方法具有以下步骤：将UHF传感器安装在连接结构的金属法兰环的浇铸树脂浇注口处。

根据本发明的一个实施方式，提供一种监视气体绝缘的开关设备的方法，其具有以下步骤：使用具有UHF天线的UHF传感器，以及借助UHF天线检测在GIS内部产生的电磁波，该UHF传感器安装在连接GIS的两个设备部分的连接结构的金属法兰环的浇铸树脂浇注口处。

现在参照附图来描述本发明的实施方式。本发明不局限于所说明或者描述的实施方式。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的气体绝缘的开关设备(8DN9型)；

图2示出了图1所示的GIS的一部分，其中，示出了根据本发明的一个实施方式的连接结构(“套管”)；

图3示出了根据本发明的一个实施方式的包括浇铸树脂浇注口的连接结构的一部分；

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的内装有UHF传感器的连接结构(套管)的横截面图；以及

图5示出了图4的详细视图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出的根据本发明的一个实施方式的气体绝缘的开关设备(GIS)1包括第一设备部分3和第二设备部分5，它们具有两个相应的外壁和一个相应的内部空间，在该内部空间中布置有第一电气部件或第二电气部件(未示出)。GIS 1具有其它设备部分7、9、11，这些设备部分与第一设备部分3或第二设备部分5连接。

根据本发明的一个实施方式的连接结构13被设置为用于将第一设备部分3与第二设备部分5连接。尤其是，在图1中示出的GIS具有其它根据本发明的实施方式的连接结构13，其中，这些连接结构13中的每个都具有带有UHF天线的相应的UHF传感器，以便能够检测在GIS 1内部产生的电波。

在图2中示出了包含连接结构13的圆形片段15。在此，连接结构13具有金属法兰环17，以及在图2中通过盖件21封闭的浇铸树脂浇注口19。连接结构13还具有在图2和图3中未示出的具有UHF天线22、24的设备部分23，其例如在图4和5中示出。

图3示出了图2的片段16，尤其是更详细地示出了浇铸树脂浇注口19，而盖件21被移开。在此，可以看到浇铸树脂材料25，其布置在法兰环17内部并且在那里固化。UHF天线23可以与浇铸树脂25接触。如在图3中清楚可见，浇铸树脂浇注口19被引导通过法兰环的外周面27。

图4、5以示意图示出了连接结构13的概略剖视图和详细剖视图，其中，绘图平面平行于法兰环17的端面。在法兰环17的内部通过浇铸树脂浇注口19填充了浇铸树脂25。

传统上存在的盖件21被移除，取而代之，将UHF传感器23安装在法兰环上。

具有天线的UHF传感器23被构造为，使得它在浇注口19中适配。UHF传感器23在端部处具有传感器电极24；然后，将传感器电极24通过导电轴22引导至接头33。UHF传感器23的安装区段26通过螺栓28拧入法兰17的外周面27上的螺纹孔中。UHF传感器23的封闭区段20承载UHF天线22、24，同时封闭浇注口19。UHF天线23尤其是可以在径向内部端部上包括传感器电极24，传感器电极24对于电磁波敏感。

封闭区段20具有导体套管31，通过导体套管31，能够将由UHF天线22、24检测到的天线信号释放到外部。封闭区段20在外侧还具有电气接头33，其与UHF天线22、24电连接。

此外，如从图5中可以看到的，在UHF传感器23和法兰环17之间设置有密封装置35。

如从图4中可以看到的，法兰环具有圆柱体形状。此外，法兰环17沿着圆周39具有孔37。因此，法兰环17的两个端侧中的每一个都可以与第一设备部分3或第二设备部分5机械连接，例如借助螺钉和/或螺栓机械连接。

在法兰环的中心设置有至少一个(对于三相为三个)电连接电极41，借助电连接电极41，第一设备部分3中的第一导体(或第一电气部件)能与第二设备部分5中的第二导体(或第二电气部件)连接。连接电极41例如被浇铸在浇铸树脂25中。

浇注口，例如浇注口19，可以存在于GIS的许多位置处。这些开口可以允许与浇铸树脂绝缘装置直接接触。根据本发明的实施方式，在这些开口处放置有专门制造的UHF传感器。在此，对于GIS上的安装或加装，不需要SF₆气体工作，也不需要关闭设备。

在安装或加装时得到根据本发明的实施例的主要优点。在此，不对GIS进行附加的加工。在安设时不需要关闭设备，因此安装整体上成本更低。此外，由UHF天线检测到的信号的信噪比明显优于传统上使用的屏障传感器。专门制造的UHF传感器可以被设计为在机械上对于已有的浇注口是配合精确的。可以根据这种安装情况对传感器的天线进行调整。法兰的金属环也可以用作针对外部电气干扰的屏蔽装置。

Claims

1.一种用于连接气体绝缘的开关设备(1)的两个设备部分(3、5)的连接结构(13)，具有：

金属法兰环(17)；

法兰环(17)中的浇铸树脂浇注口(19)；和

具有UHF天线(22、24)的UHF传感器(23)，所述UHF传感器(23)安装在所述浇铸树脂浇注口处。

2.根据前一权利要求所述的连接结构，其中，安装所述UHF天线(23)，使得能检测到在法兰环(17)内部存在的电磁波。

3.根据前述权利要求之一所述的连接结构，其中，所述浇铸树脂浇注口(19)引导通过法兰环(17)的外周面(27)。

4.根据前述权利要求之一所述的连接结构，所述连接结构还具有：

法兰环(17)内部的尤其是固化的浇铸树脂材料(25)，

其中，安装所述UHF天线(22、24)，使得其与所述浇铸树脂材料(25)接触。

5.根据前一权利要求所述的连接结构，所述连接结构还具有：

至少一个在法兰环内部被浇铸树脂材料包围的连接电极(41)，借助所述连接电极，能将GIS的第一设备部分(3)中的第一导体与GIS的第二设备部分(5)中的第二导体连接。

6.根据前述权利要求之一所述的连接结构，其中，所述UHF传感器(23)具有用于将其安装在法兰环上的安装区段(26)和用于封闭浇注口的封闭区段(20)。

7.根据前述权利要求之一所述的连接结构，

其中，所述UHF天线(22、24)安设在所述封闭区段(20)上。

8.根据前一权利要求所述的连接结构，其中，所述UHF天线具有导体(22)，通过所述导体能将检测到的天线信号释放到外部。

9.根据前两个权利要求之一所述的连接结构，其中，所述UHF传感器(23)的所述封闭区段(20)在外侧具有电气接头(33)，所述电气接头(33)与所述UHF天线(22、24)电连接。

10.根据前述权利要求之一所述的连接结构，其中，所述封闭区段(20)和/或限定浇铸树脂浇注口边界的法兰环的边缘具有密封装置(35)。

11.根据前述权利要求之一所述的连接结构，其中，法兰环(17)基本上是圆柱形的。

12.根据前述权利要求之一所述的连接结构，其中，法兰环(17)沿着圆周(39)具有孔(37)，从而能够借助螺钉和/或螺栓在两个端侧中的每一个上安设GIS的相应的设备部分，其中，所述安设尤其是气密地进行。

13.根据前述权利要求之一所述的连接结构，其中，所述UHF天线(23)被设计为用于接收由部分放电触发的电磁波，尤其是频率在100MHz和2GHz之间的电磁波。

14.一种气体绝缘的开关设备(1)，具有：

第一设备部分(3)和第二设备部分(5)；

以及根据前述权利要求之一所述的连接结构(13)，所述连接结构在第一端侧与所述第一设备部分连接，并且在第二端侧与所述第二设备部分连接。

15.一种制造和/或改装连接结构(13)的方法，所述连接结构用于连接气体绝缘的开关设备(1)的两个设备部分(3、5)，所述方法具有：

将具有UHF天线(22、24)的UHF传感器(23)安装在所述连接结构(13)的金属法兰环(17)的浇铸树脂浇注口(19)处。

16.一种监视气体绝缘的开关设备(3)的方法，所述方法具有：

使用如下的UHF传感器(23)，所述UHF传感器(23)安装在连接GIS(1)的两个设备部分(3、5)的连接结构(13)的金属法兰环(17)的浇铸树脂浇注口(19)处；

借助所述UHF传感器(23)检测在GIS(1)内部产生的电磁波。