CN116724219A - 气体绝缘开关设备和与气体绝缘开关设备使用的方法 - Google Patents
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Abstract
一种气体绝缘开关设备和一种用于与气体绝缘开关设备使用的方法。该气体绝缘开关设备(1)包括：金属储气罐(101)，填充有绝缘气体，以在金属储气罐(101)内为气体绝缘开关(1)的电气部件提供绝缘介质；非金属部件(102)，被布置在金属储气罐(101)的壁上，并且被配置为安装电气部件中的至少一个电气部件，非金属部件(102)的一侧与绝缘气体接触，而非金属部件(102)的另一侧与金属储气罐(101)外部的空气接触；无线传输器(103)，被布置在金属储气罐(101)外部，并且被配置为传输测量信号；以及无线测量设备(104)，被布置在金属储气罐(101)内部，并且能够经由非金属部件(102)与无线传输器(103)无线通信，无线测量设备(104)被配置为响应于从无线传输器(103)接收到测量信号而检测金属储气罐(101)内部的温度，并且将所检测到的温度传输到无线传输器(103)。
Description
技术领域
本公开的各实施例总体涉及开关设备领域，更具体地，涉及一种气体绝缘开关设备和一种用于与气体绝缘开关使用的方法。
背景技术
开关设备通常包括各种部件，这些部件被布置在围合外壳中。在开关设备的操作期间，由于流过部件的大电流或部件之间的连接松动，所以部件的温度可能会显著升高。部件的温度升高可能会对部件的性能产生不利影响，甚至会损坏部件。因此，必须在开关设备中进行温度测量，以便实时监测开关设备的操作条件。
气体绝缘开关设备(GIS)是一种传统的开关设备，通常包括金属储气罐。当测量被布置在GIS的金属储气罐内部的部件的温度时，由于金属储气罐的电磁屏蔽作用，所以通常在储气罐内部使用有线型温度传感器而非无线型温度传感器。然而，因为这些电线可能会成为接地短路，所以GIS使用有线型温度传感器并不安全。此外，采用有线型温度传感器意味着在储气罐的壁上设置附加开口以供电线穿过，这可能会削弱GIS的密封特性。而且，有线型传感器的使用寿命通常很短，这可能会影响GIS的可靠性。
因此，需要改进用于测量金属储气罐内部的温度的方法。
发明内容
鉴于上述问题，本公开的各种示例实施例提供了一种气体绝缘开关设备，该气体绝缘开关设备具有无线测量设备和无线传输器，用于以安全性高、对储气罐没有损坏和可靠性高的方式直接测量GIS的金属储气罐内部的温度。
在本公开的第一方面中，本公开的各示例实施例提供了一种气体绝缘开关设备。该气体绝缘开关设备包括：金属储气罐，填充有绝缘气体，以在金属储气罐内部为气体绝缘开关的电气部件提供绝缘介质；非金属部件，被布置在金属储气罐的壁上，并且被配置为安装电气部件中的至少一个电气部件，非金属部件的一侧与绝缘气体接触，而非金属部件的另一侧与金属储气罐外部的空气接触；无线传输器，被布置在金属储气罐外部，并且被配置为传输测量信号；以及无线测量设备，被布置在金属储气罐内部，并且能够经由非金属部件与无线传输器无线通信，无线测量设备被配置为响应于从无线传输器接收到测量信号而检测金属储气罐内部的温度，并且将所检测到的温度传输到无线传输器。在这些实施例中，由无线测量设备检测到的金属储气罐的内部温度可以经由布置在金属储气罐的壁上的非金属部件传输到被布置在金属储气罐外部的无线传输器。这样，无需在储气罐的壁上设置附加开口以供电线穿过，从而可以提高GIS的安全性。
在一些实施例中，无线传输器包括RFID天线。通过这些实施例，可以经由RFID天线在无线传输器与无线测量设备之间以可靠方式传输无线信号。
在一些实施例中，无线测量设备包括RFID标签。通过这些实施例，RFID标签是无源设备，而无需附加电源。因此，可以减小温度设备的尺寸，并且还可以提高GIS的安全性。而且，RFID标签可以通过使用包含个体ID的信号与RFID天线通信，因此能够容易区分来自不同RFID标签的信号。
在一些实施例中，非金属部件包括环氧电流互感器的环氧部分。通过这些实施例，电流互感器可以测量GIS内部的电流。而且，可以通过环氧电流互感器以可靠方式传输无线信号，无需在储气罐壁上设置附加开口。
在一些实施例中，非金属部件包括环氧电缆套管或环氧汇流排套管的环氧部分。通过这些实施例，可以通过环氧电缆套管或环氧汇流排套管以可靠方式传输无线信号，并且无需在储气罐的壁上设置附加开口。
在一些实施例中，无线测量设备被布置为与连接点相邻，该连接点在铜排和内锥电缆插座之间。通过这些实施例，可以实时监测铜排与内锥电缆插座之间的连接松动。
在一些实施例中，无线测量设备被布置为与连接点相邻，该连接点在铜排和外锥电缆套管或外锥汇流排套管之间。通过这些实施例，可以实时监测铜排和外锥电缆套管或外锥汇流排套管之间的连接松动。
在本公开的第二方面中，本公开的各示例实施例提供了一种与气体绝缘开关设备使用的方法。该气体绝缘开关设备包括金属储气罐、非金属部件、无线传输器和无线测量设备，该金属储气罐填充有绝缘气体，以在金属储气罐内为气体绝缘开关设备的电气部件提供绝缘介质；该非金属部件被布置在金属储气罐的壁上，并且被配置为安装电气部件中的至少一个电气部件，非金属部件的一侧与绝缘气体接触，而非金属部件的另一侧与金属储气罐外部的空气接触；该无线传输器被布置在金属储气罐外部，并且被配置为传输测量信号；并且无线测量设备被布置在金属储气罐内部，并且能够经由非金属部件与无线传输器无线通信，无线测量设备被配置为响应于从无线传输器接收到测量信号而检测金属储气罐内部的温度，并且将所检测到的温度传输到无线传输器。该方法包括：通过无线测量设备接收来自无线传输器的测量信号；响应于从无线传输器接收到测量信号，通过无线测量设备检测金属储气罐内部的温度；以及通过无线测量设备将所检测到的温度传输到无线传输器。
在一些实施例中，无线传输器包括RFID天线。
在一些实施例中，无线测量设备包括RFID标签。
在一些实施例中，非金属部件包括环氧电流互感器的环氧部分。
在一些实施例中，非金属部件包括环氧电缆套管或环氧汇流排套管的环氧部分。
在一些实施例中，无线测量设备被布置为与连接点相邻，该连接点在铜排和内锥电缆插座之间。
在一些实施例中，无线测量设备被布置为与连接点相邻，该连接点在铜排和外锥电缆套管或外锥汇流排套管之间。
应当理解，发明内容部分不旨在标识本公开的各实施例的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过以下描述，本公开的其他特征将变得容易理解。
附图说明
通过参考附图的以下具体实施方式，本文中所公开的各示例实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更加容易理解。在附图中，通过示例并且以非限制方式对本文中所公开的几个示例实施例进行说明，其中
图1是图示了根据本公开的实施例的GIS的示意图；
图2是图示了根据本公开的实施例的包括内锥电缆插座的GIS的示意图；
图3是图示了根据本公开的实施例的包括外锥汇流排套管和外锥电缆套管的GIS的示意图；以及
图4是根据本公开的实施例的用于与GIS使用的方法的流程图。
在整个附图中，相同或相似的附图标记用于表示相同或相似的元件。
具体实施方式
现在，参考附图所示的几个示例实施例对本公开的原理进行描述。尽管附图图示了本公开的示例实施例，但是应当理解，描述这些实施例仅是为了便于本领域技术人员更好地理解，从而实现本公开，而非以任何方式限制本公开的范围。
术语“包括(comprises)”或“包含(includes)”及其变体应当被解读为开放术语，这些开放术语意指“包括但不限于”。除非上下文另有明确指示，否则术语“或”应当被解读为“和/或”。术语“基于”应当被解读为“至少部分基于”。术语“可操作以”是指通过用户或外部机构诱导的操作可以实现的功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”和“一实施例”应当被解读为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当被解读为“至少另一实施例”。“第一”、“第二”等术语可以是指不同或相同的对象。下文可以包括其他定义(明确定义和隐含定义)。除非上下文另有明确指示，否则术语的定义在整个描述中是一致的。
根据本公开的各实施例，在GIS中使用无线传输器和无线测量设备，以直接测量GIS的金属储气罐内部的温度，而无需在金属储气罐的壁上设置附加开口。上述思想可以以各种方式实现，如将在以下段落中所详细描述的。
以下，将参考图1至图3对本公开的原理进行详细描述。首先，参考图1，图1是图示了根据本公开的实施例的GIS的示意图。如图1所示，GIS 1通常包括金属储气罐101、非金属部件102、无线传输器103和无线测量设备104。
金属储气罐101与非金属部件102一起形成围合空间，该围合空间填充有绝缘气体，例如，SF6或其他种类气体，以便提供高电压水平的绝缘性能。电气部件的连接点是潜在故障源。因此，需要对这些位置的温度进行监测。
在一些实施例中，金属储气罐101由不锈钢制成。在其他实施例中，金属储气罐101由诸如铝之类的其他金属材料制成。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
非金属部件102被布置在金属储气罐101的壁上，并且被配置为安装电气部件中的至少一个电气部件。非金属构件102的一侧与金属储气罐101内部的绝缘气体接触，而非金属构件的另一侧与金属储气罐101外部的空气接触。
在一些实施例中，非金属部件102由环氧树脂制成。例如，非金属部件102是环氧电流互感器、环氧电缆套管或环氧汇流排套管的环氧部分。在其他实施例中，非金属部件102可以由其他非金属材料制成。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
应当指出，安装在非金属部件102上的电气部件可以是传统GIS中已经存在于金属储气罐的壁上的那些部件。这些部件用于实现特定的功能，例如，测量电流、将功率输送到储气罐等。因此，无需在金属储气罐101的壁上设置附加开口以供电线穿过，从而可以提高GIS 1的安全性。
无线传输器103被布置在金属储气罐101的外部，并且被配置为向无线测量设备104传输测量信号。在一些实施例中，无线传输器103被布置在非金属部件102附近，以提供与无线测量设备104的良好通信。
在一些实施例中，无线传输器103被布置在金属储气罐101外部的电缆隔间(未示出)中。在其他实施例中，无线传输器103可以被布置在金属储气罐101外部的其他地方，例如，在GIS 1的顶部上。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
在一些实施例中，无线传输器103包括RFID天线。在其他实施例中，无线传输器103可以包括适用于根据其他通信协议(例如，Zigbee、SAW等)传送信号的部件。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
无线测量设备104被布置在金属储气罐101内部，并且能够经由非金属部件102与无线传输器103进行无线通信。无线测量设备104被配置为响应于从无线传输器103接收到测量信号而检测金属储气罐101内部的温度，并且将所检测到的温度传输到无线传输器103。
在一些实施例中，多个无线测量设备104可以被设置在金属储气罐101内部，以测量金属储气罐101内不同位置的温度。然而，应当理解，在其他实施例中，可以在金属储气罐101内部仅设置一个无线测量设备104，以测量特定位置的温度。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
在一些实施例中，无线测量设备104可以被布置在电气部件的连接点(例如，铜排和内锥电缆插座之间的连接点、铜排和外锥电缆套管之间的连接点或铜排和外锥汇流排套管之间的连接点)上或附近。通过这样的布置，可以精确监测由电气部件的连接松动引起的温度上升。在其他实施例中，无线测量设备104可以被布置在需要被监测的其他电气部件(例如，电气开关断路器、三位开关等)上或与其相邻。这允许实时测量流经这些电气部件的大电流引起的温度上升。
在一些实施例中，无线测量设备104包括RFID标签。在其他实施例中，无线测量设备104可以包括适用于根据其他通信协议(例如，Zigbee、SAW等)传送信号的部件。本公开的范围不旨在在这方面受到限制。
通过如图1所示的GIS 1的布置，可以无线测量GIS的金属储气罐内部的温度。与传统GIS相比较，本公开的GIS在金属储气罐的壁上没有附加开口，并且在金属储气罐内部没有电线。因此，可以以安全性高、无损坏和可靠性高的方式直接测量GIS的金属储气罐内部的温度。
以下，将参考图2和图3对本公开的GIS的其他实施例进行详细描述。图2是图示了包括内锥电缆插座的GIS的示意图，图3是图示了包括外锥汇流排套管和外锥电缆套管的GIS的原理图。如图2和图3所示的GIS 1的构造与如图1所示的GIS 1的构造相似。本文中对它们之间的差异进行描述，并且不再对相同的部分进行详细描述。
在一个实施例中，如图2所示，GIS 1通常包括金属储气罐101、环氧树脂电流互感器102A、RFID天线103A、RFID标签104A、内锥电缆插座106和铜排105。
RFID标签104A被布置在内锥电缆插座106与铜排105之间的连接点上。环氧树脂电流互感器102A被布置在金属储气罐101的壁上以测量电流。当测量连接点的温度时，RFID天线103A传输测量信号。测量信号穿过环氧树脂电流互感器102A的环氧树脂部分，并且到达RFID标签104A。响应于接收到测量信号，RFID标签104A从RFID天线103A提供的磁场中汲取其操作所需的能量。因此，在RFID标签104A内部可以使用几十至数百微瓦的功率。然后，RFID标签104A测量连接点的温度，并且通过环氧树脂电流互感器102A的环氧树脂部分将所检测到的温度传输到RFID天线103A。
在一个实施例中，如图3所示，GIS 1通常包括金属储气罐101、外锥汇流排套管102B、外锥电缆套管102C、RFID天线103A、RFID标签104A、铜排105。
RFID标签104A被布置在外锥汇流排套管102B与铜排105之间的连接点和外锥电缆套管102C与铜排105A之间的连接点处。外锥汇流排套管102B和外锥电缆套管102C设置在金属储气罐101的壁上，以在金属储气罐内部馈送功率，并且由环氧树脂浇注。当测量连接点的温度时，RFID天线103A传输测量信号。测量信号穿过外锥汇流排套管102B的环氧树脂部分和外锥电缆套管102C的环氧树脂部分，并且到达RFID标签104A。温度测量的其余步骤与图2中的步骤相同。
在图2至图3所示的实施例中，每个RFID标签104A具有与GIS 1中的特定连接点相对应的个体ID，并且RFID标签104A的输出信号指示对应连接点的温度并且包含个体ID。当RFID天线103A从RFID标签104A接收输出信号时，无线传输器103将识别温度属于哪个连接点。因此，通过使用RFID天线和RFID标签，以更高的效率实现温度测量。
与有线类型的传感器相比较，RFID标签104A是一种无源设备，而无需附加电源。因此，可以减小温度设备的尺寸，并且还可以提高GIS的安全性。
以下，参考图4对与本公开的GIS使用的方法进行详细描述。图4是根据本公开的实施例的用于与GIS使用的方法的流程图。图4中的方法可以应用于本公开的任何GIS。
在405处，该方法包括以下步骤：通过无线测量设备经由布置在金属储气罐的壁上的非金属部件接收来自无线传输器的测量信号。测量信号的类型取决于无线传输器的类型。在一些实施例中，测量信号是RFID信号。在其他实施例中，测量信号可以是其他类型的无线信号，例如，Zigbee信号、SAW信号等。本公开的范围不限于此。
在410处，该方法包括以下步骤：响应于从无线传输器接收到测量信号而通过无线测量设备检测金属储气罐内部的温度。在一些实施例中，需要测量金属储气罐内部的一个以上的位置。在测量这些位置的温度之后，所测量的温度与不同的ID一起存储在无线测量设备中，以便区分它们。
在415处，该方法包括以下步骤：通过无线测量设备将所检测到的温度传输到无线传输器。在一些实施例中，需要传输一个以上的所检测到的温度。每个所检测到的温度与个体ID一起被传输，以便区分它们，其中ID与不同的位置相对应。
虽然本文中已经对几个发明实施例进行了描述和说明，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文中所描述的功能和/或获得结果和/或一个或多个优点的各种其他手段和/或结构，并且这些变化和/或修改中的每个变化和/或修改都被认为在本文中所描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员应当容易领会，本文中所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、尺寸和/或配置将取决于使用本发明教导的一个或多个特定应用。本领域的技术人员将认识到或能够使用不多于常规实验来确定本文中所描述的特定发明实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例仅通过示例呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，除了具体描述和所要求保护的实施例之外，可以实践本发明的实施例。本公开的发明性实施例涉及本文中所描述的每个个体特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法并非相互矛盾，则这两个或更多个这样的特点、系统、用品、材料、套件和/或方法的任何组合都包括在本公开的发明范围内。
Claims (14)
1.一种气体绝缘开关设备(1)，包括：
金属储气罐(101)，填充有绝缘气体，以在所述金属储气罐(101)内部为所述气体绝缘开关设备(1)的电气部件提供绝缘介质；
非金属部件(102)，被布置在所述金属储气罐(101)的壁上，并且被配置为安装所述电气部件中的至少一个电气部件，所述非金属部件(102)的一侧与所述绝缘气体接触，而所述非金属部件(102)的另一侧与所述金属储气罐(101)外部的空气接触；
无线传输器(103)，被布置在所述金属储气罐(101)外部，并且被配置为传输测量信号；以及
无线测量设备(104)，被布置在所述金属储气罐(101)内部，并且能够经由所述非金属部件(102)与所述无线传输器(103)无线通信，所述无线测量设备(104)被配置为响应于从所述无线传输器(103)接收到所述测量信号而检测所述金属储气罐(101)内部的温度，并且将所检测到的温度传输到所述无线传输器(103)。
2.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备(1)，其中所述无线传输器(103)包括RFID天线。
3.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备(1)，其中所述无线测量设备(104)包括RFID标签。
4.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备(1)，其中所述非金属部件(102)包括环氧电流互感器的环氧部分。
5.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备(1)，其中所述非金属部件(102)包括环氧电缆套管或环氧汇流排套管的环氧部分。
6.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备(1)，其中所述无线测量设备(104)被布置为与连接点相邻，所述连接点在铜排和内锥电缆插座之间。
7.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备(1)，其中所述无线测量设备(104)被布置为与连接点相邻，所述连接点在铜排和外锥电缆套管或外锥汇流排套管之间。
8.一种用于与气体绝缘开关设备(1)使用的方法，所述气体绝缘开关设备(1)包括：
金属储气罐(101)，填充有绝缘气体，以在所述金属储气罐(101)内部为所述气体绝缘开关设备(1)的电气部件提供绝缘介质；
非金属部件(102)，被布置在所述金属储气罐(101)的壁上，并且被配置为安装所述电气部件中的至少一个电气部件，所述非金属部件(102)的一侧与所述绝缘气体接触，而所述非金属部件(102)的另一侧与所述金属储气罐(101)外部的空气接触；
无线传输器(103)，被布置在所述金属储气罐(101)外部，并且被配置为传输测量信号；以及
无线测量设备(104)，被布置在所述金属储气罐(101)内部，并且能够经由所述非金属部件(102)与所述无线传输器(103)无线通信，所述无线测量设备(104)被配置为响应于从所述无线传输器(103)接收到所述测量信号而检测所述金属储气罐(101)内部的温度，并且将所检测到的温度传输到所述无线传输器(103)，
所述方法包括：
由所述无线测量设备(104)接收来自所述无线传输器(103)的测量信号；
响应于从所述无线传输器(103)接收到所述测量信号，由所述无线测量设备(104)检测所述金属储气罐(101)内部的温度；以及
由所述无线测量设备(104)将所检测到的温度传输到无线传输器(103)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述无线传输器(103)包括RFID天线。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述无线测量设备(104)包括RFID标签。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述非金属部件(102)包括环氧树脂电流互感器的环氧树脂部分。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述非金属部件(102)包括环氧电缆套管或环氧汇流排套管的环氧部分。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述无线测量设备(104)被布置为与连接点相邻，所述连接点在铜排和内锥电缆插座之间。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述无线测量设备(104)被布置为与连接点相邻，所述连接点在铜排和外锥电缆套管或外锥汇流排套管之间。
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