CN114868211A - 具有温度测量系统的空心扼流线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有温度测量系统的空心扼流线圈，其中，在空心扼流线圈(1)上布置有热成像传感器、用于从电磁场中获取电能的装置和用于非接触式数据传输的装置。
Description
例如在高压直流输电线路(Hochspannungs-Gleichstrom-
)中使用空心扼流线圈作为滤波扼流圈。
作为电网的基本元件，空心扼流线圈可以在电网控制技术的范畴中借助SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition；数据采集与监测控制)系统进行监测，以便支持运营商进行电网的运行管理，即为运营人员提供决策帮助并尽可能地减轻运营人员的惯常工作。除了电网监测，有必要对出现的干扰情况做出反应并以控制的方式对电网事件进行干预。
作为替换方案，可以使用云计算(Cloud-Computing)平台来监测空心扼流线圈。在此，通常将所采集的数据通过移动无线电网络(3GPP移动无线电标准)发送到相应的云应用程序处并在那里进行处理。通过为此提供的应用程序(移动设备和网页)进行数据提供。在此，系统仅以例如“将消息推送到手机，但通常不会触发切换动作，也不会与(关闭的)SCADA系统进行交互”的方式提供信息、警告和警报。
为此，借助测量设备采集空心扼流线圈的基本参数，将基本参数传输到基于云的中央数据库处并在那里以适合操作员的方式处理和显示基本参数。
此外，可以借助仿真方法根据参数来评估老化过程并在早期识别到潜在的故障。此外，由此可以从定期的维护间隔转换为基于状态的维护。
例如已知，线圈绕组或变压器绕组的使用寿命主要取决于绕组绝缘的状态，该绕组绝缘在工作温度的作用下经历老化。
通过良好地近似，在此，针对基于聚合物的固体绝缘适用如下规律(Arrhenius)：相对于最热的点，温度每升高10℃，绝缘的使用寿命就会缩短大约一半。
因此，对温度的持续监测可以作为确定线圈的老化速度或剩余使用寿命的基础并且使得能够及时、无故障地进行更换。
此外，通过对电网的相应的控制干预和调节干预可以实现组件的最佳负载并且因此实现使用寿命的延长。
当在高压技术组件中借助传感器采集参数时，电气框架条件和电磁框架条件构成了特别的挑战。
例如，高压直流输电线路的滤波扼流圈在运行中相对于地处于高电势、例如500至800kV。
因此，对安装到滤波扼流圈的传感器(其因此也处于高电势)与处于地电势的部件的连接提出了高要求。
例如已知，在能量供应和通信方面利用光纤线路来设计到传感器的连接。与电流连接线路相比，虽然传感器系统的线路与强电流部件之间的可靠的电流隔离问题得到缓解，但由于光纤线路上可能存在污染和湿气，因此仍需要采取措施以增加可能的爬电距离等。附加的措施可能会导致传感器的生产和铺设中更高的耗费，并且因此导致更高的成本。
也可以想到，使用无线电传感器。这种无线电传感器可以配备有具有长耐久性的电池、例如锂原电池。
这尤其可以用于无线电传感器，该无线电传感器不需要持续地、而只需要偶尔采集和传输测量数据，即平均能量需求较低。然而，在此可能不利地产生影响的是，电池的更换即使在时间间隔相对较长时也意味着显著的维护耗费，例如当在安装在长达15m的绝缘体上的滤波扼流圈的情况下必须更换电池时。在强电流技术领域中，传感器经常暴露在更高的环境温度下，因此在该领域中，要么根本无法使用电池，要么只能频繁更换电池。
因此，本发明要解决的技术问题在于，说明一种用于在处于高压电势的设备(例如干式绝缘扼流线圈)的情况下进行温度采集的简单且可靠的方法。
根据本发明，该技术问题利用根据权利要求1的空心扼流线圈来解决。
有利的设计方案由从属权利要求得出。
根据本发明，热成像传感器和用于非接触式数据传输的装置被固定在空心扼流线圈处并借助“能量收集(Energy-Harvesting)”方法从线圈的电磁场中供电。
能量收集或者说能量获得指的是从诸如环境温度、振动或低功率移动设备的电磁场的来源中获取少量电能。
因此，根据本发明，避免了由电缆连接或光纤连接的电源或电池引起的限制。
优选地，提供热成像相机或红外阵列作为热成像传感器。
热成像传感器以有利的方式布置在空心扼流线圈的顶侧上并且指向空心扼流线圈的内部。
用于从电磁场获取电能的装置的一种有利的设计方案包括线圈、整流器元件和存储器元件。
数据传输以有利的方式基于根据IEEE-802.11的无线电网络标准或根据3GPP的移动无线电标准。
如果将温度测量系统接入到SCADA系统或基于云的数据库系统中，则可以基于所确定的红外图像借助合适的人工智能方法来识别关键的运行状态并生成警报，或者基于所确定的红外图像借助仿真来确定空心扼流线圈的预期剩余使用寿命和对更换日期的建议。
由此可以减少或避免意外中断、服务呼叫或设备和设施的故障。
也有利的是，将所确定的红外图像的数据嵌入到空心扼流线圈的虚拟数字表示中，即嵌入到所谓的数字孪生中。
数字孪生使得能够进行全面的数据交换。数字孪生不仅仅是纯粹的数据，而是由所表示的对象的模型组成，除此之外还可以包含仿真、算法和服务，这些仿真、算法和服务描述所表示的对象或过程的特性或行为、对其产生影响或者提供与其相关的服务。
根据在图1中示出的实施例更详细地阐述本发明。
在图1中示例性地示出的空心扼流线圈1以常规的方式包括电并联连接的同心绕组层，该绕组层通过间隔保持件彼此间隔开，从而在其间形成冷却空气间隙。
绕组层在其上端和下端处由多臂保持星形件保持在一起，该保持星形件通过张紧带相对于彼此张紧。绕组层的导体与保持星形件电连接，并且保持星形件具有接线片，该接线片形成空心扼流线圈1的接头。
空心扼流线圈1在竖直位置中通过绝缘体2和地面固定元件支撑在地面上。在运行中，空心扼流线圈相对于地处于高电势、例如500至800kV，并且承载高达几千安培的电流。空心扼流线圈1上的电压降、即空心扼流线圈的接头之间的电压降与之相比较小，并且对应于由在运行电流的相应频率下的阻抗引起的电压降，通常为几千伏。
根据本发明，借助线圈、整流器元件和存储器元件将由此产生的电磁交变场用于确保对热成像相机和用于非接触式数据传输的无线电模块进行供电，该无线电模块基于根据IEEE 802.11的无线电网络标准或根据3GPP的GSM(Global System for MobileCommunications；全球移动通信)网络。
因此得到了永久、免维护且可靠的供电。
热成像相机在空心扼流线圈的顶侧处固定在保持星形件上并且指向线圈的内部。可能合适的是，设置多个具有不同指向的热成像相机。
为了获得可靠的测量结果，有必要事先确定线圈部件的发射率并避免外来辐射的反射。在将所有干扰性影响最小化的情况下，低至0.1K的温差的测量准确度或对比度是可能的。
如图1示意性示出的，温度测量系统接入到SCADA系统4或基于云的数据库系统中，并且还用作以基于云的技术为基础进行进一步数据处理的基础，该基于云的技术作为物联网(Internet of Things，IOT)已知。西门子的MindSphere尤其适合用作物联网运行系统，但是AWS和Azure平台或类似平台也适合，其使得可以利用范围广泛的应用程序5来使用来自物联网的丰富数据。
在此，物理的空心扼流线圈与虚拟表示“数字孪生”6相关联，利用温度测量系统确定的信息被采集、与其他相关信息相关联并在网络中提供。
数字孪生6的投入和使用带来了一系列优势。
数字孪生可以用于分析和评估空心扼流线圈的运行数据。但是，数字孪生也可以用作未来扼流线圈的设计模型，或者在各个相关方面仿真真实空心扼流线圈1的行为、功能性和质量。
该价值可以在整个生命周期内用于价值创造的所有部分。
数字孪生6可以具有不同的形式。数字孪生例如可以基于系统开发的行为模型、3D模型或功能模型，所述模型在基于模型的设计过程中尽可能现实且全面地映射真实线圈的机械、电气和其他特性和性能特征。
不同的数字孪生6可以相互关联，并且还允许与真实线圈进行广泛的通信和交互。然后提到数字线程(digital thread)，该数字线程贯穿整个产品生命周期，并且还可以包含更多与产品相关的信息。企业实际上从这种连续的数字线程中获得了最大的收益。该数字线程允许跨越不同的价值创造过程地进行优化，并且允许充分利用针对数字业务模型和通过产品提供的服务的最全可能性。
通过将基于物理的仿真与完全虚拟环境中的数据分析相结合，数字孪生带来了新的认识。由于需要更少的真实原型，因此可以更快且更可靠地引入创新。
附图标记列表
1 空心扼流线圈
2 绝缘体
3 空心扼流线圈的顶侧
4 SCADA系统或基于云的系统
5 应用程序
6 数字孪生
Claims (11)
1.一种具有温度测量系统的空心扼流线圈，其特征在于，在所述空心扼流线圈(1)上布置有热成像传感器、用于从电磁场中获取电能的装置和用于非接触式数据传输的装置。
2.根据权利要求1所述的空心扼流线圈，其特征在于，设置热成像相机作为所述热成像传感器。
3.根据权利要求1或2所述的空心扼流线圈，其特征在于，所述热成像传感器布置在所述空心扼流线圈的顶侧(3)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空心扼流线圈，其特征在于，所述用于从电磁场中获取电能的装置包括线圈、整流器元件和存储器元件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空心扼流线圈，其特征在于，所述用于非接触式数据传输的装置基于根据IEEE-802.11的无线电网络标准。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的空心扼流线圈，其特征在于，所述用于非接触式数据传输的装置基于根据3GPP的移动无线电标准。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的空心扼流线圈，其特征在于，所述温度测量系统接入到SCADA系统中。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的空心扼流线圈，其特征在于，所述温度测量系统接入到基于云的数据库系统中。
9.一种用于运行根据权利要求6所述的空心扼流线圈的方法，其特征在于，对所述空心扼流线圈进行监测和控制，并且基于所确定的红外图像借助合适的人工智能方法来识别关键的运行状态并生成警报。
10.一种用于运行根据权利要求6所述的空心扼流线圈的方法，其特征在于，对所述空心扼流线圈进行监测和控制，并且基于所确定的红外图像借助仿真来确定空心扼流线圈的预期剩余使用寿命和对更换日期的建议。
11.一种用于运行根据权利要求6所述的空心扼流线圈的方法，其特征在于，将所确定的红外图像的数据嵌入到所述空心扼流线圈(6)的虚拟数字表示中。
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