CN1146012A - 用于测定电力设备中的绝缘气体密度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于测定电力设备内的邻近载流元件处的绝缘气体密度的方法和系统，该方法包含的步骤是：测量该设备外部和其邻近区域的参照温度；测量通过该设备的电流，并且根据气体温度上升值确定超过参照温度的气体温度上升值，所述温度上升值是通过测试或利用一数字模型确定的；通过将参照温度和温度上升值相加计算出气体温度；测量设备内部的气体压力；以及根据气体状态方程ρ＝F(T，P)计算气体密度ρ，该方程以按列表数据表示。

Description

用于测定电力设备中的绝缘气体 密度的方法和系统

本发明涉及一种用于测定电力设备中的绝缘气体密度的方法和系统。

各种电力设备，例如在陶瓷或合成绝缘材料制的绝缘柱上的常规电路断路器，以及在接地的金属外壳中或说是“金属覆盖的”变电站经常采用具有良好介电特性的绝缘气体例如化学式为SF6的六氟化硫。

这些设备的各种特性，例如它们的遮断容量或绝缘状况取决于绝缘气体的密度。在按照标准建造时，对遮断容量、绝缘状况等的测试是在由制造商保证的最小密度例如对于SF6为30公斤/立方米的条件下进行的。

为了监测绝缘气体的密度和检测为了正常运行所需的最小阈值，每个设备或容有气体的间隔室装有称为“比重计”的气体密度测量装置。各种比重计可以按不同的物理原理工作，例如根据晶体振荡频率的变化或膜片的变形，结合对计算温度进行补偿，或者利用一充有相同气体的参照容积进行实际的压力比较。以上列举的并非限定性的。

这些比重计的良好工作是假设它们与待测气体密度的气体处在相同的温度下，众所周知，气体的密度ρ是与它的温度T和它的压力P相关的，表达式为：

ρ＝F(T·P)

T的任一百分误差都会引起在指定压力P下的ρ的相同的百分误差。

对于安装在绝缘柱上的常规电路断路器，比重计总是安装在近于绝缘柱的底部处。尽管在该位置处的压力与在断流小室中的压力是实际相同的，在处于连通状态的容积之间的压力总是均衡的，但在该位置的温度则明显低于当该小室传输额定电流时的断流小室中的温度。

在金属覆盖的变电站中存在类似的状况。对于它们也是这样，按照一般规则，比重计安装在金属壳体的外表面。与在上述情况中一样，壳体明显冷于断流元件或它们所包含的汇流条。在这些设备的中心和它们的外壁之间形成一温度梯度。如在上述情况中一样，虽然，遍及该容积存在相同的压力，但是由于温度是不同的，气体并不是到处都具有相同的密度。趋于中心处的密度较小，这是由于在该处各元件的温度高于近于外部处的温度。

例如，通常常规电路断路器的传输负载电流且容有气体的断流小室的温度比环境温度高30℃。假设环境温度是20℃或293K，测量的密度误差约为10％。对于在20℃下的5巴的阈值压力，压力范围内的误差为500毫巴。

要指出，例如线路故障时的遮断容量对于大约100毫巴的压力调节值是敏感的，还要指出，需要避免超大尺寸的设备，制造商规定的压力测量装置在一定意义上讲它的精度是在至少50毫巴的误差范围内才保证的，因此可以理解，500毫巴的误差太大了。

本发明的目的是确定一种计算在电力设备的不可进入区内的气体密度的方法，其具有良好的精度与各种规定和使用标准相一致。

本发明提供的方法，用于确定在电力设备中在载流元件附近的绝缘气体的密度，该方法包含如下的步骤：

a)测量在设备外部及其邻近区域的参照温度(Tref)；

b)测量通过设备的电流(I_A，I_B，I_C)，以及根据作为电流值和各种不同参照温度的函数的气体温度上升值确定超过参照温度的气体的温度上升(△T)值，所述温度上升值是通过测试或利用一数字模型先前已经确定的；

c)通过将参照温度(Tref)和温度上升(△T)相加，计算气体温度(T)；

d)测量设备内部的气体压力(P)；以及

e)根据气体的状态方程ρ＝F(T，P)计算气体的密度ρ，这些方程以列表的数据表示。

当将设备连接到包括分段开关的电路上时，要考虑分段开关的开闭状态，能够校正温度上升值(△T)。

温度上升值(△T)的校正要考虑气候条件(风或雪)。

本发明还提供一种用于测定在电力设备中的邻进载流元件处的绝缘气体密度的系统，该系统包括：

一温度传感器，置于该设备的邻近区域并提供参照温度(Tref)；

一用于测量通过该设备的电流(I_A，I_B，I_C)的装置；

各连接装置，用于将参照温度值(Tref)和电流值(I_A，I_B，I_C)传输到可编程的微处理机，以便提供作为电流值和各种不同参照温度的函数的超过参照温度的气体温度上升值(△T)，这些温度上升值是先前通过测试或利用数字模型已经确定的，微处理机被编程，将参考温度(Tref)和温度上升值(△T)加在一起，采用这种方式得到气体的校正温度值(T)；

一用于测量设备中气体压力(P)的装置；

一连接装置，用于将设备中的压力值(P)输送到微处理机，微处理机被编程，以便根据存储在微处理机的存储器中的气体状态方程求出气体的密度值；以及

信号和报警装置，当所计算的密度数值下降到一个或多个阈值时，由微处理机控制操作。

该系统还以可供选择的方式包含：一设备成像用温度探头，其位置靠近设备，向微处理机提供输出，以便对所计算的密度值进行校正。

最好对微处理机编程，以便当电流由给定的数值突然增加时，持续一预定的时间长度，禁止起动信号和报警装置。

压力测量装置是一带温度补偿电路的传感器。

在一种改型方案中，压力测量装置处于恒温控制之下。

下面参阅附图介绍该方法的实施，其中：

图1是用于说明实施本发明的测定电力设备内部不能进入区的气体密度的方法的方块图；

图2表示作为电流突然变化的函数的气体温度上升的变化过程，表示了装置的热时间常数；以及

图3是用于测量处在露天的常规电路断路器中的绝缘气体密度的系统的视图。

在图1中，参照数码10标注温度测量元件，如上所述，这个元件应尽可能接近需监测的容积放置(在金属覆盖型设备中，温度测量元件位置邻近金属壳体；对于置于绝缘柱上的常规类型的电路断路器，要测量电路断路器的绝缘柱周围形成的环境温度的元件通常是置于柱的底部)。由元件10测量的温度下文称为Tref(作为参照温度)。

参照数码15标注可编程的微处理机，用于计算气体的温度上升△T，即为在设备内部邻近导体的温度和参照温度之间的差。

微处理机接收流经设备各相的电流值I_A、I_B和I_C(假如该设备由三个相同的单相元件构成，采用单一的电流值，例如最大值)。微处理机的存储器存储作为电流值函数的温度上升值，并且对于各个不同的参照温度值都实现这一操作，这些温度上升值或者是由工厂对设备的测试或者是利用数字模型得到的。

由于温度上升可能随分段开关的状态而改变，温度上升的计算还可以通过考虑与该设备相连的分段开关开闭位置状态进一步改进。传感器19为微处理机提供各不同分段开关a、b和c的状态，并且微处理机由一套校正表20选择与设备的整体状态相对应的一个校正表。

温度上升值△T被提供到加法器22，该加法器通过将参照温度Tref温度上升值△T加在一起，计算出在设备内部的温度T。

温度值T被送到微处理机24，它的存储器存储有作为设备中气体状态的函数表，其形式为：

ρ＝F(T·P)

这些状态函数是公知的并被制表(具体参阅Beattie、Bridg-mann，Doring等方程，它们特别考虑了液化现象)。

由连接到被监测设备的压力测量元件25提供压力P。

考虑设备的热时间常数可以改进该方法。

当将电流加到设备的成组的汇流条或导体上时，引起温度上升，只有在由形成电流之时起的某一时间长度之后才达到均衡温度。这一持续时间长度即热时间常数取决于参照温度。

图2A表示电流的变化，由值0开始，上升到值I₁并到I₂；图2B表示温度上升△T曲线的形状，按照作为电流和温度差两者的函数的时间常数G_T1和G_T2产生连续的数值△T₁和△T₂变化。

假如参照温度为容有气体的壳体的温度(如应用到一金属覆盖式变电站)，时间常数与气候条件无关(风、雪等)。可以在校正算法中考虑，使计算温度上升采用电流慢的时间变化。

然而，假如参照温度并不是壳体温度，那么时间常数将取决于气候条件；考虑到这一因素，一个优选的装置是对被监测的容积利用一“热成像”探头17，探头的形状和位置使其对于恶劣气候像在被监测的容积一样具有相同的灵敏度。在微处理机15中的计算程序考虑了由探头17提供的信息。

在一改型方案中，为了避免由于测量气候条件而使实施设备复杂化，算法规则的配置应使它对于在电流明显变化之后的一个作为热时间常数的函数的一段时间内，禁止报警并锁定与被编程的阈值相关的指令。

假如设想电流的变化是很明显的，在稳定状态下，引起的温度上升则高于按照所需精度测定的数值。

通常提供压力P的信息的元件25是一个电子式传感器。它的精度在运行中的设备的气体温度的整个范围内，与气体密度测量的精度相关的项目是协调一致的。

通用的压力传感器需要校正，这种校正可以通过提供一个带控制补偿电路的温度传感器的压力传感器来实施。

一种较低廉的变型方案在于利用一包含一个或多个自动调节的加热器元件的绝热密封件，或者以由压力传感器和它的带有自动调节的加热器元件的相关电路构成的变换器的方式使压力传感器维持恒温。

图3表示实施本发明方法的一种方式。

微处理机31设在房间30中，并编程以便根据温度和电流值计算温度上升△T和根据将气体的状态方程计算其密度。

在图3所示实例中，该设备是常规的SF6电路断路器，仅画出了一相32。

压力传感器32A经过适当的连接装置33向微处理机提供压力值P。

电流互感器34经过连接装置35对所关注的相传输的电流提供测量值。

在电路断路器柱根部的温度测量装置36提供由连接装置37传输的参照温度Tref。

最后，用于提供电路断路器的热图像的且配置在其邻近区域的探头38向微处理机提供与电路断路器的导热率的变化相关的信息；这种信息由连接装置39传输。

最后，设备具有由图形符号41、42表示的信号和报警元件。

本发明并不限于所述的实例。具体地说，在不超出本发明的保护范围的情况下，能够改进细节和利用等效装置来替换某些装置。

Claims (8)

1.一种用于测定电力设备内的邻近载流元件处的绝缘气体密度的方法，该方法包含如下的步骤：

a)测量设备外部和其邻近区域的参照温度；

b)测量通过该设备的电流，以及根据作为电流值和各不同参照温度的函数的气体温度上升值确定超过参照温度的温度上升值，所述温度上升值是先前通过测试或利用数字模型确定的；

c)通过将参照温度和温度上升相加计算出气体温度；

d)测量设备内部的气体压力；以及

e)根据气体的状态方程ρ＝F(T·P)计算气体的密度ρ，该方程以列表的数据表示。

2.如权利要求1所述的方法，其中考虑置于与该设备同一回路的分段开关的开闭状态，校正温度上升值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中考虑气候条件校正温度上升值。

4.一种用于测定在电力设备中的邻近载流元件处的绝缘气体的密度的系统，该系统包含：

一温度传感器，置于设备的邻近区域和提供参考温度；

一用于测量通过该设备的电流的装置；

各连接装置，用于将参照温度值的电流值传输到可编程的微处理机，以便提供作为电流值和各不同参照温度的函数的且超过参照温度的气体温度上升值，这些温度上升值是先前通过测试或利用数字模型确定的，微处理机被编程，将参照温度和温度上升值加在一起，以这样一种方式得到气体的校正温度值；

一用于测量设备中气体压力的装置；

一连接装置，用于将设备中的压力值传输到微处理机，对微处理机编程，以便根据该存储在微处理机的存储器中的气体状态方程提供气体的密度值；以及

信号和报警装置，当计算的密度值下降到一个或多个阈值时，由微处理机控制操作。

5.如权利要求4所述的系统，还包含一用于构成该设备图像和置于其邻近区域的探头，将它的输出提供到微处理机，以便考虑各种不同的气候例如风或雪，对所计算的密度值进行附加的校正。

6.如权利要求4或5所述的方法，其中的微处理机被编程，以便在电流突然增加或降低一指定的数值之后的一预定的时间长度内禁止该报警和发信号的指令执行。

7.如权利要求4到6中任一权利要求所述的系统，其中该压力测量装置是一带温度补偿电路的传感器。

8.如权利要求4到6中任一权利要求所述的系统，其中该压力测量装置是恒温控制的。