CN117460939A - 用于气体泄漏检测的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用于检测气罐的气体泄漏的方法、设备、系统、计算机可读介质和计算机产品。在该方法中，基于在气罐外部采集到的多个外部温度来确定气罐的至少一个内部温度，该至少一个内部温度是针对在气罐的操作期间气罐内的至少一个内部位置所估计的。基于该至少一个内部温度来获得在标准温度下气罐内的气体压力。基于气体压力来检测气罐的气体泄漏。气罐的内部温度被确定并且被用于检测气体泄漏，因此可以以更准确且有效的方式检测气体泄漏。
Description
技术领域
本公开的示例实施例总体上涉及气体泄漏检测，且更具体地，涉及用于检测气体绝缘电气装置(例如，气体绝缘开关设备(GIS)系统)中的气体泄漏的方法、设备、系统、计算机可读介质和计算机产品，使得气罐以及GIS系统可以以更安全且有效的方式工作。
背景技术
GIS系统是指将电气部件容纳在填充有绝缘气体(诸如，六氟化硫，缩写为SF6)等的一个或多个密封气罐中的电气系统。GIS系统广泛应用于工业领域，例如，GIS系统可被部署在电力供应系统中以对电气部件进行控制、保护和隔离，由此提高电力供应的可靠性。然而，随着时间的流逝，罐的气密性通常由于腐蚀和/或其他原因(诸如，外部损坏等)所致会退化，从而导致气罐发生气体泄漏。当气罐的气体压力下降到某个水平时，气罐中的部件可能会失去由绝缘气体提供的保护，且然后GIS系统中的潜在风险可能大大增加。因此，期望提出一种用于检测GIS系统中的气体泄漏的准确且有效的方式。
发明内容
本公开的示例实施例提供了用于检测气罐的气体泄漏的解决方案。
在本公开的第一方面，本公开的示例实施例提供了一种用于检测气体绝缘电气装置的气罐的气体泄漏的方法。该方法包括：基于在气罐的外部采集到的多个外部温度，确定气罐的至少一个内部温度，所述至少一个内部温度是针对在气体绝缘电气装置的操作期间气罐内的至少一个内部位置所估计的；基于所述至少一个内部温度，获得在标准温度下气罐内的气体压力；以及基于气体压力，检测气罐的气体泄漏。与基于监测气罐的外部温度来检测气体泄漏的常规解决方案相比，这些实施例可提供对气罐的内部温度的估计。通常，在气罐的操作期间，内部温度可与外部温度显著不同，估计值可能与真实内部温度更不一致。由于气体压力可能根据气罐的内部温度而变化，因此可基于更可靠的依据来确定气体压力，且因此可以以有效且准确的方式来检测气体泄漏。
在本公开的一些实施例中，所述多个外部温度包括第一外部温度和第二外部温度，该第一外部温度在气罐的外表面附近的第一外部位置处被采集到，并且该第二外部温度在外表面上的第二外部位置处被采集到。采用这些实施例，在气罐外部的不同位置处采集到的外部温度可提供热传导方向，且然后基于该热传导方向，可以以更准确的方式来确定内部温度。
在本公开的一些实施例中，所述至少一个内部温度包括第一内部温度，该第一内部温度指示在气罐的内表面上的第一内部位置的温度，并且该第一内部温度是通过以下来确定：基于第一外部温度和第二外部温度来确定第一外部位置与第二外部位置之间的外部热通量；确定第二外部位置与第一内部外部位置之间的表面热通量，该表面热通量与第一内部温度相关联；以及基于外部热通量和表面热通量来计算第一内部温度。采用这些实施例，由于可容易地获得与气罐的壁相关的热传导参数，因此可基于热传导方向和热传导参数来容易且有效地确定内表面上的第一内部温度。与基于气罐的外部温度来检测气体压力的常规解决方案相比，这些实施例可以以更准确的方式确定气体压力，进而可基于准确的气体压力来检测气体泄漏。
在本公开的一些实施例中，外部热通量通过来确定，表面热通量通过/>来确定，并且第一内部温度通过tw2＝H(h1，tf1，tw1，λ，δ)来计算，其中，A表示气罐的壁的面积，tf1表示第一外部温度，tw1表示第二外部温度，tw2表示第一内部温度，h1表示与tf1和tw1相关的热传递系数，λ表示与tw1和tw2相关的热传递系数，δ表示壁的厚度，并且F、G和H表示相应的数学函数。采用这些实施例，可将用于确定第一内部温度的技术问题转化为数学问题，且因此可根据方程求解方法准确地计算出第一内部温度。因此，第一内部温度可提供用于检测气体泄漏的准确依据。
在本公开的一些实施例中，所述至少一个内部温度进一步包括第二内部温度，该第二内部温度指示在内表面附近的第二内部位置的温度，并且该第二内部温度通过以下来确定：确定第一内部位置与第二内部位置之间的内部热通量；以及基于表面热通量和内部热通量来计算第二内部温度。在气罐的操作期间，气罐中各种位置的内部温度并不总是相同的，且通常气罐的中心位置的温度可反映气罐的平均温度。采用这些实施例，可针对更靠近于气罐的中心的位置来估计第二内部温度，相比于第一内部温度，该第二内部温度可以是准确的以用于进一步处理。因此，可以以更准确的方式来确定气体压力，以便提供用于检测气体泄漏的可靠依据。
在本公开的一些实施例中，内部热通量通过来确定，并且第二内部温度通过tf2＝S(h1，h2，λ，δ，tf1，tw1)计算，其中，tf2表示第二内部温度，tf1表示第一外部温度，tw1表示第二外部温度，tw2表示第一内部温度，A表示气罐的壁的面积，h1表示与tf1和tw1相关的热传递系数，λ表示与tw1和tw2相关的热传递系数，δ表示壁的厚度，h2表示与tw2和tf2相关的热传递系数，并且I和S表示相应的数学函数。采用这些实施例，可将用于确定第二内部温度的技术问题转化为数学问题，且因此可根据方程求解方法准确地计算出第二内部温度。因此，第二内部温度可提供用于检测气体泄漏的准确依据。
在本公开的一些实施例中，检测气体泄漏包括响应于以下中的任一者来检测气体泄漏：气体压力低于阈值压力的确定；以及与气体压力相关联的变化高于阈值变化的确定。采用这些实施例，可在指定的时间点和/或以连续的方式监测气体压力。因此，可提供用于容易且有效地检测气体泄漏的多种方式。
在本公开的一些实施例中，第一位置和第二位置基于气罐的平坦表面而被选择，该平坦表面大于气罐的另一个外表面。与气罐的具有复杂形状的表面相比，针对大的平坦表面，可容易地定义热传导过程，通常可选择较大的平坦表面，并且可从放置在选定表面附近或选定表面处的温度传感器来采集外部温度。因此，可基于准确地定义的热传导过程来计算内部温度，使得可减少与气体泄漏检测相关的误差。
在本公开的一些实施例中，该方法进一步包括：基于气体绝缘电气装置的电流强度，更新内部温度，该电流强度是从气体绝缘电气装置的控制器所接收的。通常，在气罐的操作期间，内部温度发生变化。由于电气部件也提供热源，电流强度越大，内部温度就越高。因此，电流强度可被认为是用于更新内部温度的环境因素。采用这些实施例，可以以更准确的方式确定气体压力，使得可有效地检测气体泄漏。
在第二方面，本公开的示例实施例提供了一种用于检测气体绝缘电气装置的气罐的气体泄漏的设备。该设备包括：确定单元，该确定单元被配置成基于在气罐的外部采集到的多个外部温度确定气罐的至少一个内部温度，该至少一个内部温度是针对在气体绝缘电气装置的操作期间气罐内的至少一个内部位置所估计的；获得单元，该获得单元被配置成基于所述至少一个内部温度获得在标准温度下气罐内的气体压力；以及检测单元，该检测单元被配置成基于气体压力检测气罐的气体泄漏。
在本公开的一些实施例中，所述多个外部温度包括第一外部温度和第二外部温度，该第一外部温度在气罐的外表面附近的第一外部位置处被采集到，并且该第二外部温度在外表面上的第二外部位置处被采集到。
在本公开的一些实施例中，所述至少一个内部温度包括第一内部温度，该第一内部温度指示在气罐的内表面上的第一内部位置的温度，并且确定单元进一步被配置成：基于第一外部温度和第二外部温度，确定第一外部位置与第二外部位置之间的外部热通量；确定第二外部位置与第一内部外部位置之间的表面热通量，该表面热通量与第一内部温度相关联；以及基于外部热通量和表面热通量，计算第一内部温度。
在本公开的一些实施例中，所述至少一个内部温度进一步包括第二内部温度，该第二内部温度指示在内表面附近的第二内部位置的温度，并且确定单元进一步被配置成：确定第一内部位置与第二内部位置之间的内部热通量；以及基于表面热通量和内部热通量来计算第二内部温度。
在第三方面，本公开的示例实施例提供了一种用于检测气罐的气体泄漏的系统。该系统包括：计算机处理器，该计算机处理器被耦接到计算机可读存储器单元，该存储器单元包括指令，当由计算机处理器执行该指令时，该指令实施根据第一方面的方法。
在第四方面，本公开的示例实施例提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质上存储有指令，当在至少一个处理器上执行该指令时，该指令引起所述至少一个处理器执行根据第一方面的方法。
在第五方面，本公开的示例实施例提供了一种计算机产品，该计算机产品上存储有指令，当在至少一个处理器上执行该指令时，该指令引起所述至少一个处理器执行根据第一方面的方法。
附图说明
图1图示了其中可实施本公开的实施例的GIS系统中的气罐的示意图；
图2图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的示意图；
图3图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的方法的流程图；
图4图示了根据本公开的实施例的用于气罐的外部空间与内部空间之间的热传导过程的示意图；
图5图示了根据本公开的实施例的用于采集与气罐相关联的多个外部温度和多个内部温度的示意图；
图6图示了根据本公开的实施例的在气罐内部的电子部件处测得的电流的示意图；
图7A图示了根据本公开的实施例的用于在估计内部温度与真实内部温度之间进行比较的示意图。
图7B图示了根据本公开的实施例的用于估计气体压力的示意图；
图8A图示了根据本公开的实施例的用于在估计内部温度与真实内部温度之间进行比较的示意图；
图8B图示了根据本公开的实施例的用于估计气体压力的示意图；
图9图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的设备的示意图；以及
图10图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的系统的示意图。
贯穿附图，相同或类似的附图标记被用来指示相同或类似的元件。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的若干示例实施例来描述本公开的原理。尽管附图中图示了本公开的示例实施例，但是将理解，描述这些实施例只是为了促进本领域技术人员更好地理解并由此实现本公开，而不是为了以任何方式限制本公开的范围。
为了描述起见，将参考图1以提供对本公开的环境的大体描述。图1图示了其中可实施本公开的实施例的GIS系统中的气罐的示意图100。在图1中，GIS系统可包括气罐110和其他装置(未图示)，其中一个或多个电子部件120、122等可被部署在气罐110内。气罐110可由金属材料和/或其他材料制成，并且可将绝缘气体(诸如，SF6)填充到密封气罐110中以用于保护内部电子部件120和122。此处，其他类型的气体或混合气体(诸如，氮气或干燥空气)可被密封在气罐中以进行绝缘。然而，由于退化和/或其他损坏可能会影响气罐110的气密性，因此在气罐110的操作期间应检测是否发生气体泄漏。
由于大多数气罐由屏蔽无线信号的材料制成，而且气罐110不允许有任何孔可供线缆穿过以将采集到的数据从内部传输到外部，因此难以在气罐110的操作期间实时地监测气罐110内部的气体压力。提供了用于检测气体泄漏的各种解决方案，例如，可使用测量装置130来估计气罐110内部的气体压力。此处，测量装置130放置在气罐110的外表面上并采集气罐110的外表面的温度。
由于气体压力取决于温度，因此测量装置130可基于采集到的温度来估计内部气体压力。然而，采集到的温度是外部温度而不是内部温度，虽然外部温度可粗略地反映内部温度，但有时内部温度与外部温度之间可能出现不可忽略的差异。因此，从测量装置130输出的内部气体压力可能涉及大的误差，并且无法准确地检测是否发生气体泄漏。
为了至少部分地解决以上和其他潜在问题，本公开提出了一种用于检测气体绝缘电气装置的气罐的气体泄漏的新方法。将参考图2对所提出的方法进行大体描述，其中图2图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的示意图200。在图2中，气罐110部署在气体绝缘电气装置中，可在气罐110外部采集多个外部温度210和212以确定一个或多个内部温度220。此处，内部温度220表示气罐110内的气体温度。例如，它可表示气罐110的内表面处的温度；替代地，它可表示在内表面附近(例如，离内表面2-3厘米)的温度。进一步地，内部温度220可用于计算气体压力且然后确定气罐110中是否发生气体泄漏。
与基于在气罐110外部采集到的外部温度来检测气体泄漏的常规解决方案相比，这些实施例可提供对气罐110的内部温度的相对准确的估计。由于气体压力可根据气罐110的内部温度而变化，因此可基于更可靠的依据来确定气体压力，且因此可以以有效且准确的方式来检测气体泄漏。
虽然图1和图2示出了气罐110位于GIS系统中，但是GIS系统仅是示例，其中出于描述的目的部署了气罐110。还可实施所提出的方法以用于确定部署在另一个系统中的另一个气罐的气体泄漏。例如，气罐可在天然气工厂中被用来储存天然气。
将参考图3以获得关于所提出的方法的更多细节，其中图3图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的方法300的流程图。在图3的框310处，基于在气罐110的外部采集到的多个外部温度210和212，确定气罐110的至少一个内部温度220。此处，至少一个内部温度220是针对在气体绝缘电气装置的操作期间气罐110内的至少一个内部位置所估计的。与基于外部温度来检测气体泄漏的常规解决方案相比，这些实施例可提供对气罐110的内部温度的估计，且然后可基于更可靠的依据来确定气体压力，使得可以以有效且准确的方式来检测气体泄漏。
在本公开的一些实施例中，可根据与气罐110相关联的热传导过程来确定内部温度220。图4图示了根据本公开的实施例的用于气罐的外部空间与内部空间之间的热传导过程的示意图400。此处，气罐110可包括将整个空间分成外部空间和内部空间的多个壁。图4图示了多个壁中的壁410，其中左部分表示气罐110的内部空间，且右部分表示气罐110的外部空间。此处，热量可在外部空间与内部空间之间传递，例如沿从内部空间到外部空间的方向(如由箭头440所示)。通常，GIS系统中的气罐110呈长方体形状，因此壁410可选自气罐110的多个侧壁中的任何一个。
与具有复杂形状的表面相比，针对气罐110的大的平坦表面，可容易地定义热传导过程。通常可选择较大的平坦表面，并且可从放置在选定表面外部的温度传感器来采集外部温度。在本公开的一些实施例中，为了选择壁410，可选择包括平坦的且较大的表面的壁。例如，可选择具有最大平坦表面的壁，并且可在壁410的外表面附近和外表面上采集外部温度。一旦确定了壁410，则可基于壁410来选择第一外部位置和第二外部位置，例如，第一外部位置可在壁410的外表面附近，并且第二外部位置可在壁410的外表面上。因此，可基于准确定义的热传导过程来计算内部温度，使得可减少与气体泄漏检测相关的误差。
在图4中，热量可从左侧传递到右侧，且因此温度沿着方向440可下降。曲线420示出了温度沿着方向440的变化。在本公开的一些实施例中，多个外部温度可包括第一外部温度210，该第一外部温度在气罐110的外表面附近的第一外部位置处被采集到。此时，第一外部位置可位于距壁410的外表面2-3厘米(或另一个值)的距离处。如图4中所示，第一外部温度210对应于曲线420中的点。
进一步地，多个外部温度可包括第二外部温度212，该第二外部温度在外表面上的第二外部位置处被采集到。此处，第二外部位置可位于壁410的外表面上。由于热量从左侧传递到右侧，因此第二外部温度212高于第一外部温度210。进一步地，可基于第一外部温度212和第二外部温度212来确定至少一个内部温度。对于这些实施例，在气罐110外部的不同位置处采集到的外部温度可提供热传导方向，并且基于该热传导方向，可以以更准确的方式来确定内部温度。
如图4中所示，可由部署在对应位置处的一个或多个温度传感器来采集外部温度210和212，且因此壁410右侧上的外部温度210和212具有已知的值。进一步地，在壁410左侧上的温度422和220是未知的，并且应基于热传导过程来计算。在图4中，热传导过程可包括多个阶段：内部传导阶段450，其中热量从在壁410的内表面附近的第二内部位置传递到内表面上的第一内部位置；表面传导阶段452，其中热量从壁410的内表面上的第一内部位置传递到该壁的外表面上的第二外部位置；以及外部传导阶段454，其中热量从壁410的外表面上的第二外部位置传递到在外表面附近的第一外部位置。基于热通量理论，与以上三个阶段相关联的热通量是相同的，并且将分别提供关于这些多个阶段的细节。
在本公开的一些实施例中，至少一个内部温度包括第一内部温度，该第一内部温度是针对气罐的内表面处的第一内部位置所估计的。具体地，在外部传导阶段454中，可基于第一外部温度和第二外部温度来确定第一外部位置与第二外部位置之间的外部热通量。具体地，与外部传导阶段454相关联的外部热通量可由公式(1)表示：
其中表示与外部传导阶段454相关联的热通量，F表示与A，h1，tf1和tw1相关联的数学函数，A表示壁410的面积，h1表示对应于外部传导阶段454的热传递系数，tf1表示在壁410的外表面附近采集到的第一外部温度210，tw1表示在壁410的外表面上采集到的第二外部温度212。在公式(1)中，可根据热通量理论来确定h1，且因此它具有已知的值。因此，可计算/>并且它具有已知的值。
关于表面传导阶段452，可根据公式(2)来确定第二外部位置与第一内部位置之间的表面热通量。具体地，与表面传导阶段452相关联的表面热通量可由公式(2)表示：
其中表示与表面传导阶段452相关联的表面热通量，G表示与A，λ，δ，tw2和tw1相关联的数学函数，A表示壁410的面积，λ表示对应于表面传导阶段452的热传递系数(其可基于壁的材料来确定)，δ表示壁410的厚度，tw1表示在壁410的外表面上采集到的第二外部温度212，并且tw2表示在壁410的内表面上的第一内部温度422。在公式(2)中，tw2具有未知的值，并且可根据公式(1)确定。进一步地，可基于外部热通量和表面热通量来获得第一内部温度。
在本公开的一些实施例中，为了确定表面热通量，可基于第二外部温度和第一内部温度来表示表面热通量，该第一内部温度根据公式(1)具有第一未知值。然后，可基于外部热通量和表面热通量来产生第一热通量方程，以便通过从第一热通量方程求解第一未知值来确定第一内部温度。由于热通量理论，公式(1)和公式(2)具有相同的热通量，且因此可获得公式(3)。
其中表示与外部传导阶段454相关联的热通量，并且/>表示与表面传导阶段452相关联的壁通量。
基于以上公式(1)-(3)，可根据公式(4)来确定第一内部温度tw2：
在公式(4)中，所有符号都与公式(1)-(3)中的符号具有相同含义，并且H表示与h1，tf1，tw1，λ和δ相关联的数学函数，且下文中省略细节。此时，公式(4)右侧上的所有参数都具有已知的值，且因此可直接确定tw2。采用这些实施例，可基于热传导方向和热传导参数来容易且有效地确定第一内部温度。
在以上实施例中，可将确定第一内部温度的技术问题转化为数学问题，且因此可根据方程求解方法准确地计算出第一内部温度。因此，第一内部温度可提供用于检测气体泄漏的准确依据。虽然第一内部温度对于表示内部温度来说不够准确，但是它比基于气罐110的外部温度来检测气体压力的常规解决方案要好得多。进一步地，基于更好的内部温度，这些实施例可以以更准确的方式来确定气体压力。
进一步地，可考虑内部传导阶段450来确定图4中的内部温度220。在本公开的一些实施例中，至少一个内部温度包括第二内部温度，该第二内部温度是针对在内表面附近的第二内部位置所估计的。为了确定第二内部温度，可产生第一内部位置与第二内部位置之间的内部热通量；且然后，可基于表面热通量和内部热通量来获得第二内部温度。具体地，与内部传导阶段450相关联的内部热通量可由公式(5)表示：
其中表示与内部传导阶段450相关联的热通量，I表示与A，h2，tw2和tf2相关联的数学函数，A表示壁410的面积，h2表示对应于内部传导阶段450的热传递系数，tw2表示在壁410的内表面上的第一内部温度422，并且tf2表示在壁410的内表面附近的第二内部温度(例如，如由图4中的内部温度220所示)。在公式(5)中，可根据常规解决方案(诸如，回归方法)来确定h2，因此它具有已知的值。
在本公开的一些实施例中，为了确定内部热通量，可基于第一内部温度和第二内部温度来表示内部热通量，该第二内部温度具有第二未知值。进一步地，可基于表面热通量和内部热通量来确定第二热通量方程；且然后，可通过从第二热通量方程求解第二未知值来确定第二内部温度。用于确定第二内部温度的细节与用于确定第一内部温度的细节类似，且下文中简化细节。由于热通量理论，公式(3)和公式(5)具有相同的热通量，且因此可获得公式(6)。
基于以上公式(3)-(6)，可根据公式(7)来确定第二内部温度tf2：
在公式(7)中，所有符号都与公式(1)-(6)中的符号具有相同含义，S表示与h1，h2，λ，δ，tf1和tw1相关联的数学函数。换句话说，公式(7)右侧上的所有参数都具有已知的值，且因此可直接确定。采用这些实施例，可将确定第二内部温度的技术问题转化为数学问题，且因此可根据方程求解方法准确地计算出第二内部温度。因此，第二内部温度可提供用于检测气体泄漏的准确依据。
在气体绝缘电气装置的操作期间，各种位置处的内部温度并不总是相同的，且通常气罐的中心的温度可反映气罐110的平均温度。采用这些实施例，第二内部位置可更靠近中心位置并在内表面附近以用于进一步处理。因此，可基于第二内部温度以更准确的方式确定气体压力，以便提供用于检测气体泄漏的可靠依据。
前面的段落已提供了用于确定各种内部位置处的内部温度的多种方法。进一步地，第一温度和第二温度中的任一者均可用于确定气体压力。返回参考图3，在框320处，基于至少一个内部温度，获得在标准温度下气罐110内的气体压力。将理解，气体压力可随温度而变化，内部温度220越高，气体压力就越高。因此，估计内部温度可用于估计在内部温度220下的气体压力，且然后可将估计气体压力转化为标准状况以用于进一步处理。具体地，可将标准温度20℃视为标准状况，此处在标准状况下的气体压力被表示为P20。
在本公开的一些实施例中，可基于包括在气罐110中的气体的摩尔数与气体温度(诸如，内部温度)之间的关联来确定标准气体压力。具体地，存在以下公式(8)和(9)：
其中P表示在温度Tc(开尔文)下的气体压力，n表示气体的摩尔数(从气罐的制造起，其具有已知值)，V表示气体的体积(即，气罐的体积)，并且R表示指定气体的气体常数。由于表示气体密度当量，因此可将以上公式(8)转化为以下公式(9)：
其中P20表示在20℃(以开尔文温度为单位表示为273+20K)下具有某个气体密度当量的气体压力。因此，基于以上估计气体压力P和气体温度Tc，可从公式(9)确定在20℃下的标准气体压力。虽然可使用以上公式(9)来粗略地确定P20，但有时该方法不够准确。因此，可以用实验方法确定指定气体(诸如，SF6)的气体压力定律。此处，可将第二内部温度tf2视为气体温度，并且可从以下实验公式(10)、(11)和(12)来确定标准气体压力P20：
P20＝56.2γTK(1+V)-γ2U 公式(10)
U＝74.9(1-0，727*10-3γ) 公式(11)
V＝2.51*10-3γ(1-0.846*10-3γ) 公式(12)
其中P20表示标准气体压力(以Pa为单位)，γ表示气体密度(以kg/m3为单位，并且它可在各种温度下测得)，并且TK表示根据以上段落所估计的内部温度220。采用这些实施例，由于以上公式(10)-(12)是针对指定气体SF6确定的，因此可以以更可靠的方式确定标准气体压力P20，以便去除在检测气体泄漏中的潜在误差。
在框330处，基于气体压力来确定气罐110的气体泄漏。此处，如果气罐110是密封的并处于良好状况，则气体压力P20可保持为近似恒定值。如果气罐110泄漏，则气体压力会下降。在本公开的一些实施例中，可在指定的时间点和/或以连续的方式监测气体压力。例如，当气体压力低于阈值压力时，会检测到气体泄漏。替代地和/或附加地，当与气体压力相关联的变化高于阈值变化时，会检测到气体泄漏。
在本公开的一些实施例中，气罐包括气体绝缘开关设备(GIS)系统中的用于容纳多个电气部件的密封气罐。采用这些实施例，以上方法可在GIS系统中实施，使得可及时发现由气罐的气体泄漏引起的潜在故障，且然后可采取补救措施来消除故障。
在本公开的一些实施例中，可获得多个电气部件的电流强度，且然后可基于电流强度来更新内部温度。通常，在气体绝缘电气装置的操作期间，内部温度发生变化。由于电气部件也提供热源，电流强度越大，内部温度就越高。因此，电流强度可被认为是用于更新内部温度的环境因素。采用这些实施例，可以以更准确的方式确定气体压力，使得可有效地检测气体泄漏。
下文中，将提供用于描述如何检测特定GIS系统中的气体泄漏的详细示例。此处，以上方法300可在包括一个或多个气罐的GIS系统中实施。假设GIS系统具有母线气罐和断路器气罐，以上方法300可针对这两种气罐单独地实施。将参考作为示例的断路器气罐，并且针对母线气罐的实施方式是类似的。最初，可从断路器气罐的多个侧壁中选择大的平坦壁(诸如，后壁)。温度传感器可被部署在后壁的外表面附近以定期地采集外部温度tf1和tw1，然后可基于以上公式(1)-(11)来确定标准气体压力P20。
可定期地采集以上外部温度tf1和tw1，例如一天中的每分钟(或以另外的时间间隔)，并且可使用最小值或平均值作为当日压力。阈值压力可以是预定义的，以用于指示安全状况。如果当日压力高于阈值压力，则指示断路器气罐是密封的并且未检测到气体泄漏。如果平均当日压力低于阈值压力，则指示检测到气体泄漏并且应采取补救措施来修理断路器气罐。此处，可以以相对格式(诸如，原始P20值的98％)来定义阈值压力。替代地和/或附加地，可以以绝对格式(诸如，0.01巴)来定义阈值压力。采用这些实施例，可连续地监测气体压力，且因此可减少在确定气体压力中的潜在误差的负面影响。
替代地和/或附加地，可确定针对各个时间点的气体压力之间的变化，并且如果该变化高于阈值变化，则可检测到气体泄漏。此处，可以以相对格式(诸如，1％或另一个值)来定义阈值变化。在一些实施例中，可以以绝对格式来定义阈值变化。
采用这些实施例，由于使用内部温度来确定气体压力，因此所确定的气体压力的准确性可高于从外部温度确定的气体压力。因此，可以以准确且有效的方式来检测气体泄漏。下文中，将参考图5进行测试以用于提供所提出的方法300的准确性。图5图示了根据本公开的实施例的用于采集与气罐相关联的多个外部温度和多个内部温度的示意图500。在图5中，可选择壁410进行测试，其中可在测试中监测多个外部和内部位置处的温度。如图5中所示，位置510在壁410的外表面附近，位置512在壁410的外表面上，位置514在壁410的内表面上，并且位置516在壁410的内表面附近。此处，位置510和512两者都在气罐110外部，并且位置514和516两者都在气罐110内部。进一步地，可启动GIS系统，且然后气罐110进入操作状态。
此处，气罐110中的电子部件可由具有在预定义范围内的各种强度的电流来驱动，因此测试应在各种电流强度下实施，以便确保测试的结果可靠。图6图示了根据本公开的实施例的在气罐内部的电子部件处测得的电流的示意图600。在图6中，横轴表示时间，其表明测试持续600分钟，纵轴表示电流强度，并且曲线610表示所改变的电流强度。在该示例中，电流强度覆盖[0,1250]的范围，这取决于GIS系统的类型。可根据图6中所图示的电流强度来驱动GIS系统，并且可在多个位置510、512、514和516处以预定义的时间间隔采集多组外部和内部温度。
进一步地，可实施以上方法300，以便通过使用所采集到的外部温度来估计内部位置514和516处的内部温度。接下来，估计内部温度可用于确定气体压力，并且将参考图7A和图7B以获得断路器气罐的更多信息。图7A图示了根据本公开的实施例的用于在估计内部温度与真实内部温度之间进行比较的示意图700。在图7A中，曲线710A指示根据本公开的实施例所计算的在内表面附近气体的内部温度，并且曲线720A指示在测试中的内部位置516处监测到的在内表面附近气体的真实内部温度。所看出的是，曲线710A和720A的幅度彼此接近，且然后证明所提出的方法300极大地改进了用于确定内部温度的准确性。
图7B图示了根据本公开的实施例的用于估计气体压力的示意图700B，其中横轴表示时间，并且纵轴表示气体压力。在图7B中，曲线710B指示来自现有方法的P20气体压力，曲线720指示根据方法300所计算的P20气体压力，并且线730B指示当气罐处于正常状态时的P20气体压力的值。尽管曲线720B包括线730B附近的一些波动，但是当与曲线710B相比时，曲线720B更靠近于正常线730B。因此，方法300提供了对气罐内部的气体压力的准确估计。
前面的段落已描述了关于断路器气罐的细节。下文中，将参考图8A和图8B以获得关于母线气罐的更多信息。此处，可选择顶表面进行测试，并且可将温度传感器放置在外表面附近和顶部处以用于采集外部温度。图8A图示了根据本公开的实施例的用于在估计内部温度与真实内部温度之间进行比较的示意图800A。在图8A中，曲线810A指示根据本公开的实施例所计算的在内表面附近的气体内部温度，并且曲线820A指示在内表面附近气体的真实内部温度。图8B图示了根据本公开的实施例的估计气体压力的示意图。在图8B中，曲线810B指示来自现有方法的P20气体压力，曲线820指示根据方法300所计算的P20气体压力，并且线830B指示当母线气罐处于正常状态时的P20气体压力的值。如图8A和图8B中所图示的，方法300提供了对气罐内部的气体压力的准确估计。
前面的段落已提供了方法300的详细步骤，在本公开的其他实施例中，方法300可由设备来实施。图9图示了根据本公开的实施例的用于检测气体绝缘电气装置的气罐的气体泄漏的设备900的示意图。在图9中，设备900包括：确定单元910，该确定单元被配置成基于在气罐外部采集到的多个外部温度确定气罐的至少一个内部温度，至少一个内部温度是针对在气体绝缘电气装置的操作期间气罐内的至少一个内部位置所估计的；获得单元920，该获得单元被配置成基于至少一个内部温度来获得在标准温度下气罐内的气体压力；以及检测单元930，该检测单元被配置成基于气体压力来检测气罐的气体泄漏。
在本公开的一些实施例中，多个外部温度包括第一外部温度和第二外部温度，该第一外部温度是在气罐的外表面附近的第一外部位置处采集到的，并且该第二外部温度是在外表面上的第二外部位置处采集到的。
在本公开的一些实施例中，至少一个内部温度包括第一内部温度，该第一内部温度指示在气罐的内表面上的第一内部位置的温度，并且确定单元910进一步被配置成：基于第一外部温度和第二外部温度，确定第一外部位置与第二外部位置之间的外部热通量；确定第二外部位置与第一内部外部位置之间的表面热通量，该表面热通量与第一内部温度相关联；以及基于外部热通量和表面热通量，计算第一内部温度。
在本公开的一些实施例中，外部热通量通过确定，表面热通量通过/>确定，并且第一内部温度通过tw2＝H(h1，tf1，tw1，λ，δ)计算，其中，A表示气罐的壁的面积，tf1表示第一外部温度，tw1表示第二外部温度，tw2表示第一内部温度，h1表示与tf1和tw1相关的热传递系数，λ表示与tw1和tw2相关的热传递系数，δ表示壁的厚度，并且F、G和H表示相应的数学函数。
在本公开的一些实施例中，至少一个内部温度进一步包括第二内部温度，该第二内部温度指示在内表面附近的第二内部位置的温度，并且确定单元910进一步被配置成：确定第一内部位置与第二内部位置之间的内部热通量；以及基于表面热通量和内部热通量，计算第二内部温度。
在本公开的一些实施例中，内部热通量通过确定，并且第二内部温度通过tf2＝S(h1，h2，λ，δ，tf1，tw1)计算，其中，tf2表示第二内部温度，tf1表示第一外部温度，tw1表示第二外部温度，tw2表示第一内部温度，A表示气罐的壁的面积，h1表示与tf1和tw1相关的热传递系数，λ表示与tw1和tw2相关的热传递系数，δ表示壁的厚度，h2表示与tw2和tf2相关的热传递系数，并且I和S表示相应的数学函数。
在本公开的一些实施例中，检测单元930进一步被配置成响应于以下中的任一者来检测气体泄漏：气体压力低于阈值压力的确定；以及与气体压力相关联的变化高于阈值变化的确定。
在本公开的一些实施例中，第一位置和第二位置基于气罐的平坦表面而被选择，该平坦表面大于气罐的另一个外表面。
在本公开的一些实施例中，设备900进一步包括：更新单元，该更新单元被配置成基于气体绝缘电气装置的电流强度来更新内部温度，该电流强度是从气体绝缘电气装置的控制器所接收的。
在本公开的一些实施例中，提供了用于检测气罐的气体泄漏的系统1000。图10图示了根据本公开的实施例的用于检测气罐的气体泄漏的系统1000的示意图。如图10中所图示的，系统1000可包括耦接到计算机可读存储器单元1020的计算机处理器1010，并且存储器单元1020包括指令1022。当由计算机处理器1010执行指令1022时，该指令1022可实施如前面的段落中所描述的用于调谐机器人系统的方法300，并且下文中将省略细节。
在本公开的一些实施例中，提供了一种用于检测气罐的气体泄漏的计算机可读介质。该计算机可读介质上存储有指令，并且当在至少一个处理器上执行该指令时，该指令可引起至少一个处理器执行如前面的段落中所描述的用于检测气罐的气体泄漏的方法，并且下文中将省略细节。
在本公开的一些实施例中，提供了一种用于检测气罐的气体泄漏的计算机程序产品。该计算机可读介质上存储有指令，并且当在至少一个处理器上执行该指令时，该指令可引起至少一个处理器执行如前面的段落中所描述的用于检测气罐的气体泄漏的方法，并且下文中将省略细节。
通常，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实施。一些方面可以以硬件来实施，而其他方面可以以可由控制器、微处理器或其他计算装置执行的固件或软件来实施。虽然本公开的实施例的各个方面被图示和描述为框图、流程图或使用某种其他图像表达，但是将了解，本文中所描述的框、设备、系统、技术或方法可以以(作为非限制性示例)硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算装置、或其某种组合来实施。
本公开还提供了有形地存储在非暂时性计算机可读存储介质上的至少一种计算机程序产品。计算机程序产品包括计算机可执行指令(诸如，包括在程序模块中的计算机可执行指令)，其在目标真实或虚拟处理器上的装置中执行，以实施如上文参考图3所描述的过程或方法。通常，程序模块包括执行特定的任务或实施特定的抽象数据类型的例程、程序、库、对象、类、部件、数据结构等。在各种实施例中，程序模块的功能可如理想的那样在程序模块之间组合或分割。用于程序模块的机器可执行指令可在本地或分布式装置内执行。在分布式装置中，程序模块可位于本地存储介质和远程存储介质两者中。
用于实施本公开的方法的程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器或控制器，使得当由处理器或控制器执行时，这些程序代码引起实施在流程图和/或框图中指定的功能/操作。程序代码可完全在机器上执行、部分地在机器上作为独立软件包执行、部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行、或者完全在远程机器或服务器上执行。
以上程序代码可体现在机器可读介质上，机器可读介质可以是可包含或存储供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合的程序的任何有形介质。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或者前述各者的任何合适的组合。机器可读存储介质的更具体的示例将包括：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、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或快闪存储器)、光纤、便携式紧凑光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置、或者以上各者的任何合适的组合。
进一步地，虽然以特定顺序描绘了操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或连续的顺序来执行此类操作，或者执行所有所图示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。同样，虽然以上讨论中包含几个具体实施方式细节，但这些不应被解释为对本公开的范围的限制，而是被解释为对可特定于特定实施例的特征的描述。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可在单个实施例中组合地实施。另一方面，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合来实施。
尽管已以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是将理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于上文所描述的具体特征或动作。相反，上文所描述的具体特征和动作被公开为实施权利要求的示例形式。
Claims (16)
1.一种用于检测气体绝缘电气装置的气罐的气体泄漏的方法，所述方法包括：
基于在所述气罐的外部采集到的多个外部温度，确定所述气罐的至少一个内部温度，所述至少一个内部温度针对在所述气体绝缘电气装置的操作期间所述气罐内的至少一个内部位置而被估计；
基于所述至少一个内部温度，获得在标准温度下所述气罐内的气体压力；以及
基于所述气体压力，检测所述气罐的所述气体泄漏。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个外部温度包括第一外部温度和第二外部温度，所述第一外部温度在所述气罐的外表面附近的第一外部位置处被采集到，并且所述第二外部温度在所述外表面上的第二外部位置处被采集到。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个内部温度包括第一内部温度，所述第一内部温度指示在所述气罐的内表面上的第一内部位置的温度，并且所述第一内部温度通过以下来确定：
基于所述第一外部温度和所述第二外部温度，确定所述第一外部位置与所述第二外部位置之间的外部热通量；
确定所述第二外部位置与所述第一内部外部位置之间的表面热通量，所述表面热通量与所述第一内部温度相关联；以及
基于所述外部热通量和所述表面热通量，计算所述第一内部温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述外部热通量通过确定，所述表面热通量通过/>确定，并且所述第一内部温度通过tw2＝H(h1，tf1，tw1，λ，δ)计算，其中A表示所述气罐的壁的面积，tf1表示所述第一外部温度，tw1表示所述第二外部温度，tw2表示所述第一内部温度，h1表示与tf1和tw1相关的热传递系数，λ表示与tw1和tw2相关的热传递系数，δ表示所述壁的厚度，并且F、G和H表示相应的数学函数。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个内部温度进一步包括第二内部温度，所述第二内部温度指示在所述内表面附近的第二内部位置的温度，并且所述第二内部温度通过以下来确定：
确定所述第一内部位置与所述第二内部位置之间的内部热通量；以及
基于所述表面热通量和所述内部热通量，计算所述第二内部温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述内部热通量通过确定，并且所述第二内部温度通过tf2＝S(h1，h2，λ，δ，tf1，tw1)计算，其中tf2表示所述第二内部温度，tf1表示所述第一外部温度，tw1表示所述第二外部温度，tw2表示所述第一内部温度，A表示所述气罐的壁的面积，h1表示与tf1和tw1相关的热传递系数，λ表示与tw1和tw2相关的热传递系数，δ表示所述壁的厚度，h2表示与tw2和tf2相关的热传递系数，并且I和S表示相应的数学函数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述气体泄漏包括：响应于以下中的任一者来检测所述气体泄漏：
所述气体压力低于阈值压力的确定；以及
与所述气体压力相关联的变化高于阈值变化的确定。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一位置和所述第二位置基于所述气罐的平坦表面而被选择，所述平坦表面大于所述气罐的另一外表面。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于气体绝缘电气装置的电流强度，更新所述内部温度，所述电流强度从所述气体绝缘电气装置的控制器被接收到。
10.一种用于检测气体绝缘电气装置的气罐的气体泄漏的设备，所述设备包括：
确定单元，所述确定单元被配置成基于在所述气罐的外部采集到的多个外部温度来确定所述气罐的至少一个内部温度，所述至少一个内部温度针对在所述气体绝缘电气装置的操作期间所述气罐内的至少一个内部位置而被估计；
获得单元，所述获得单元被配置成基于所述至少一个内部温度来获得在标准温度下所述气罐内的气体压力；以及
检测单元，所述检测单元被配置成基于所述气体压力来检测所述气罐的所述气体泄漏。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述多个外部温度包括第一外部温度和第二外部温度，所述第一外部温度在所述气罐的外表面附近的第一外部位置处被采集到，并且所述第二外部温度在所述外表面上的第二外部位置处被采集到。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述至少一个内部温度包括第一内部温度，所述第一内部温度指示在所述气罐的内表面上的第一内部位置的温度，并且所述确定单元进一步被配置成：
基于所述第一外部温度和所述第二外部温度，确定所述第一外部位置与所述第二外部位置之间的外部热通量；
确定所述第二外部位置与所述第一内部外部位置之间的表面热通量，所述表面热通量与所述第一内部温度相关联；以及
基于所述外部热通量和所述表面热通量，计算所述第一内部温度。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个内部温度进一步包括第二内部温度，所述第二内部温度指示在所述内表面附近的第二内部位置的温度，并且所述确定单元进一步被配置成：
确定所述第一内部位置与所述第二内部位置之间的内部热通量；以及
基于所述表面热通量和所述内部热通量，计算所述第二内部温度。
14.一种用于检测气罐的气体泄漏的系统，所述系统包括：
计算机处理器，所述计算机处理器被耦接到计算机可读存储器单元，所述存储器单元包括指令，当由所述计算机处理器执行所述指令时，所述指令实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
15.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有指令，当在至少一个处理器上执行所述指令时，所述指令引起所述至少一个处理器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
16.一种计算机产品，在所述计算机产品上存储有指令，当在至少一个处理器上执行所述指令时，所述指令引起所述至少一个处理器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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