專利名稱：用于測定電力設(shè)備中的絕緣氣體密度的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測定電力設(shè)備中的絕緣氣體密度的方法和系統(tǒng)。
各種電力設(shè)備，例如在陶瓷或合成絕緣材料制的絕緣柱上的常規(guī)電路斷路器，以及在接地的金屬外殼中或說是“金屬覆蓋的”變電站經(jīng)常采用具有良好介電特性的絕緣氣體例如化學(xué)式為SF6的六氟化硫。
這些設(shè)備的各種特性，例如它們的遮斷容量或絕緣狀況取決于絕緣氣體的密度。在按照標(biāo)準(zhǔn)建造時(shí)，對遮斷容量、絕緣狀況等的測試是在由制造商保證的最小密度例如對于SF6為30公斤/立方米的條件下進(jìn)行的。
為了監(jiān)測絕緣氣體的密度和檢測為了正常運(yùn)行所需的最小閾值，每個(gè)設(shè)備或容有氣體的間隔室裝有稱為“比重計(jì)”的氣體密度測量裝置。各種比重計(jì)可以按不同的物理原理工作，例如根據(jù)晶體振蕩頻率的變化或膜片的變形，結(jié)合對計(jì)算溫度進(jìn)行補(bǔ)償，或者利用一充有相同氣體的參照容積進(jìn)行實(shí)際的壓力比較。以上列舉的并非限定性的。
這些比重計(jì)的良好工作是假設(shè)它們與待測氣體密度的氣體處在相同的溫度下，眾所周知，氣體的密度ρ是與它的溫度T和它的壓力P相關(guān)的，表達(dá)式為ρ＝F(T·P)T的任一百分誤差都會(huì)引起在指定壓力P下的ρ的相同的百分誤差。
對于安裝在絕緣柱上的常規(guī)電路斷路器，比重計(jì)總是安裝在近于絕緣柱的底部處。盡管在該位置處的壓力與在斷流小室中的壓力是實(shí)際相同的，在處于連通狀態(tài)的容積之間的壓力總是均衡的，但在該位置的溫度則明顯低于當(dāng)該小室傳輸額定電流時(shí)的斷流小室中的溫度。
在金屬覆蓋的變電站中存在類似的狀況。對于它們也是這樣，按照一般規(guī)則，比重計(jì)安裝在金屬殼體的外表面。與在上述情況中一樣，殼體明顯冷于斷流元件或它們所包含的匯流條。在這些設(shè)備的中心和它們的外壁之間形成一溫度梯度。如在上述情況中一樣，雖然，遍及該容積存在相同的壓力，但是由于溫度是不同的，氣體并不是到處都具有相同的密度。趨于中心處的密度較小，這是由于在該處各元件的溫度高于近于外部處的溫度。
例如，通常常規(guī)電路斷路器的傳輸負(fù)載電流且容有氣體的斷流小室的溫度比環(huán)境溫度高30℃。假設(shè)環(huán)境溫度是20℃或293K，測量的密度誤差約為10％。對于在20℃下的5巴的閾值壓力，壓力范圍內(nèi)的誤差為500毫巴。
要指出，例如線路故障時(shí)的遮斷容量對于大約100毫巴的壓力調(diào)節(jié)值是敏感的，還要指出，需要避免超大尺寸的設(shè)備，制造商規(guī)定的壓力測量裝置在一定意義上講它的精度是在至少50毫巴的誤差范圍內(nèi)才保證的，因此可以理解，500毫巴的誤差太大了。
本發(fā)明的目的是確定一種計(jì)算在電力設(shè)備的不可進(jìn)入?yún)^(qū)內(nèi)的氣體密度的方法，其具有良好的精度與各種規(guī)定和使用標(biāo)準(zhǔn)相一致。
本發(fā)明提供的方法，用于確定在電力設(shè)備中在載流元件附近的絕緣氣體的密度，該方法包含如下的步驟a)測量在設(shè)備外部及其鄰近區(qū)域的參照溫度(Tref)；b)測量通過設(shè)備的電流(IA，IB，IC)，以及根據(jù)作為電流值和各種不同參照溫度的函數(shù)的氣體溫度上升值確定超過參照溫度的氣體的溫度上升(△T)值，所述溫度上升值是通過測試或利用一數(shù)字模型先前已經(jīng)確定的；c)通過將參照溫度(Tref)和溫度上升(△T)相加，計(jì)算氣體溫度(T)；d)測量設(shè)備內(nèi)部的氣體壓力(P)；以及e)根據(jù)氣體的狀態(tài)方程ρ＝F(T，P)計(jì)算氣體的密度ρ，這些方程以列表的數(shù)據(jù)表示。
當(dāng)將設(shè)備連接到包括分段開關(guān)的電路上時(shí)，要考慮分段開關(guān)的開閉狀態(tài)，能夠校正溫度上升值(△T)。
溫度上升值(△T)的校正要考慮氣候條件(風(fēng)或雪)。
本發(fā)明還提供一種用于測定在電力設(shè)備中的鄰進(jìn)載流元件處的絕緣氣體密度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一溫度傳感器，置于該設(shè)備的鄰近區(qū)域并提供參照溫度(Tref)；一用于測量通過該設(shè)備的電流(IA，IB，IC)的裝置；各連接裝置，用于將參照溫度值(Tref)和電流值(IA，IB，IC)傳輸?shù)娇删幊痰奈⑻幚頇C(jī)，以便提供作為電流值和各種不同參照溫度的函數(shù)的超過參照溫度的氣體溫度上升值(△T)，這些溫度上升值是先前通過測試或利用數(shù)字模型已經(jīng)確定的，微處理機(jī)被編程，將參考溫度(Tref)和溫度上升值(△T)加在一起，采用這種方式得到氣體的校正溫度值(T)；一用于測量設(shè)備中氣體壓力(P)的裝置；一連接裝置，用于將設(shè)備中的壓力值(P)輸送到微處理機(jī)，微處理機(jī)被編程，以便根據(jù)存儲(chǔ)在微處理機(jī)的存儲(chǔ)器中的氣體狀態(tài)方程求出氣體的密度值；以及信號和報(bào)警裝置，當(dāng)所計(jì)算的密度數(shù)值下降到一個(gè)或多個(gè)閾值時(shí)，由微處理機(jī)控制操作。
該系統(tǒng)還以可供選擇的方式包含一設(shè)備成像用溫度探頭，其位置靠近設(shè)備，向微處理機(jī)提供輸出，以便對所計(jì)算的密度值進(jìn)行校正。
最好對微處理機(jī)編程，以便當(dāng)電流由給定的數(shù)值突然增加時(shí)，持續(xù)一預(yù)定的時(shí)間長度，禁止起動(dòng)信號和報(bào)警裝置。
壓力測量裝置是一帶溫度補(bǔ)償電路的傳感器。
在一種改型方案中，壓力測量裝置處于恒溫控制之下。
下面參閱附圖介紹該方法的實(shí)施，其中

圖1是用于說明實(shí)施本發(fā)明的測定電力設(shè)備內(nèi)部不能進(jìn)入?yún)^(qū)的氣體密度的方法的方塊圖；圖2表示作為電流突然變化的函數(shù)的氣體溫度上升的變化過程，表示了裝置的熱時(shí)間常數(shù)；以及圖3是用于測量處在露天的常規(guī)電路斷路器中的絕緣氣體密度的系統(tǒng)的視圖。
在圖1中，參照數(shù)碼10標(biāo)注溫度測量元件，如上所述，這個(gè)元件應(yīng)盡可能接近需監(jiān)測的容積放置(在金屬覆蓋型設(shè)備中，溫度測量元件位置鄰近金屬殼體；對于置于絕緣柱上的常規(guī)類型的電路斷路器，要測量電路斷路器的絕緣柱周圍形成的環(huán)境溫度的元件通常是置于柱的底部)。由元件10測量的溫度下文稱為Tref(作為參照溫度)。
參照數(shù)碼15標(biāo)注可編程的微處理機(jī)，用于計(jì)算氣體的溫度上升△T，即為在設(shè)備內(nèi)部鄰近導(dǎo)體的溫度和參照溫度之間的差。
微處理機(jī)接收流經(jīng)設(shè)備各相的電流值IA、IB和IC(假如該設(shè)備由三個(gè)相同的單相元件構(gòu)成，采用單一的電流值，例如最大值)。微處理機(jī)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)作為電流值函數(shù)的溫度上升值，并且對于各個(gè)不同的參照溫度值都實(shí)現(xiàn)這一操作，這些溫度上升值或者是由工廠對設(shè)備的測試或者是利用數(shù)字模型得到的。
由于溫度上升可能隨分段開關(guān)的狀態(tài)而改變，溫度上升的計(jì)算還可以通過考慮與該設(shè)備相連的分段開關(guān)開閉位置狀態(tài)進(jìn)一步改進(jìn)。傳感器19為微處理機(jī)提供各不同分段開關(guān)a、b和c的狀態(tài)，并且微處理機(jī)由一套校正表20選擇與設(shè)備的整體狀態(tài)相對應(yīng)的一個(gè)校正表。
溫度上升值△T被提供到加法器22，該加法器通過將參照溫度Tref溫度上升值△T加在一起，計(jì)算出在設(shè)備內(nèi)部的溫度T。
溫度值T被送到微處理機(jī)24，它的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有作為設(shè)備中氣體狀態(tài)的函數(shù)表，其形式為ρ＝F(T·P)這些狀態(tài)函數(shù)是公知的并被制表(具體參閱Beattie、Bridg-mann，Doring等方程，它們特別考慮了液化現(xiàn)象)。
由連接到被監(jiān)測設(shè)備的壓力測量元件25提供壓力P。
考慮設(shè)備的熱時(shí)間常數(shù)可以改進(jìn)該方法。
當(dāng)將電流加到設(shè)備的成組的匯流條或?qū)w上時(shí)，引起溫度上升，只有在由形成電流之時(shí)起的某一時(shí)間長度之后才達(dá)到均衡溫度。這一持續(xù)時(shí)間長度即熱時(shí)間常數(shù)取決于參照溫度。
圖2A表示電流的變化，由值0開始，上升到值I1并到I2；圖2B表示溫度上升△T曲線的形狀，按照作為電流和溫度差兩者的函數(shù)的時(shí)間常數(shù)GT1和GT2產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)值△T1和△T2變化。
假如參照溫度為容有氣體的殼體的溫度(如應(yīng)用到一金屬覆蓋式變電站)，時(shí)間常數(shù)與氣候條件無關(guān)(風(fēng)、雪等)?？梢栽谛Ｕ惴ㄖ锌紤]，使計(jì)算溫度上升采用電流慢的時(shí)間變化。
然而，假如參照溫度并不是殼體溫度，那么時(shí)間常數(shù)將取決于氣候條件；考慮到這一因素，一個(gè)優(yōu)選的裝置是對被監(jiān)測的容積利用一“熱成像”探頭17，探頭的形狀和位置使其對于惡劣氣候像在被監(jiān)測的容積一樣具有相同的靈敏度。在微處理機(jī)15中的計(jì)算程序考慮了由探頭17提供的信息。
在一改型方案中，為了避免由于測量氣候條件而使實(shí)施設(shè)備復(fù)雜化，算法規(guī)則的配置應(yīng)使它對于在電流明顯變化之后的一個(gè)作為熱時(shí)間常數(shù)的函數(shù)的一段時(shí)間內(nèi)，禁止報(bào)警并鎖定與被編程的閾值相關(guān)的指令。
假如設(shè)想電流的變化是很明顯的，在穩(wěn)定狀態(tài)下，引起的溫度上升則高于按照所需精度測定的數(shù)值。
通常提供壓力P的信息的元件25是一個(gè)電子式傳感器。它的精度在運(yùn)行中的設(shè)備的氣體溫度的整個(gè)范圍內(nèi)，與氣體密度測量的精度相關(guān)的項(xiàng)目是協(xié)調(diào)一致的。
通用的壓力傳感器需要校正，這種校正可以通過提供一個(gè)帶控制補(bǔ)償電路的溫度傳感器的壓力傳感器來實(shí)施。
一種較低廉的變型方案在于利用一包含一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)的加熱器元件的絕熱密封件，或者以由壓力傳感器和它的帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)的加熱器元件的相關(guān)電路構(gòu)成的變換器的方式使壓力傳感器維持恒溫。
圖3表示實(shí)施本發(fā)明方法的一種方式。
微處理機(jī)31設(shè)在房間30中，并編程以便根據(jù)溫度和電流值計(jì)算溫度上升△T和根據(jù)將氣體的狀態(tài)方程計(jì)算其密度。
在圖3所示實(shí)例中，該設(shè)備是常規(guī)的SF6電路斷路器，僅畫出了一相32。
壓力傳感器32A經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪B接裝置33向微處理機(jī)提供壓力值P。
電流互感器34經(jīng)過連接裝置35對所關(guān)注的相傳輸?shù)碾娏魈峁y量值。
在電路斷路器柱根部的溫度測量裝置36提供由連接裝置37傳輸?shù)膮⒄諟囟萒ref。
最后，用于提供電路斷路器的熱圖像的且配置在其鄰近區(qū)域的探頭38向微處理機(jī)提供與電路斷路器的導(dǎo)熱率的變化相關(guān)的信息；這種信息由連接裝置39傳輸。
最后，設(shè)備具有由圖形符號41、42表示的信號和報(bào)警元件。
本發(fā)明并不限于所述的實(shí)例。具體地說，在不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，能夠改進(jìn)細(xì)節(jié)和利用等效裝置來替換某些裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于測定電力設(shè)備內(nèi)的鄰近載流元件處的絕緣氣體密度的方法，該方法包含如下的步驟a)測量設(shè)備外部和其鄰近區(qū)域的參照溫度；b)測量通過該設(shè)備的電流，以及根據(jù)作為電流值和各不同參照溫度的函數(shù)的氣體溫度上升值確定超過參照溫度的溫度上升值，所述溫度上升值是先前通過測試或利用數(shù)字模型確定的；c)通過將參照溫度和溫度上升相加計(jì)算出氣體溫度；d)測量設(shè)備內(nèi)部的氣體壓力；以及e)根據(jù)氣體的狀態(tài)方程ρ＝F(T·P)計(jì)算氣體的密度ρ，該方程以列表的數(shù)據(jù)表示。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中考慮置于與該設(shè)備同一回路的分段開關(guān)的開閉狀態(tài)，校正溫度上升值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中考慮氣候條件校正溫度上升值。
4.一種用于測定在電力設(shè)備中的鄰近載流元件處的絕緣氣體的密度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一溫度傳感器，置于設(shè)備的鄰近區(qū)域和提供參考溫度；一用于測量通過該設(shè)備的電流的裝置；各連接裝置，用于將參照溫度值的電流值傳輸?shù)娇删幊痰奈⑻幚頇C(jī)，以便提供作為電流值和各不同參照溫度的函數(shù)的且超過參照溫度的氣體溫度上升值，這些溫度上升值是先前通過測試或利用數(shù)字模型確定的，微處理機(jī)被編程，將參照溫度和溫度上升值加在一起，以這樣一種方式得到氣體的校正溫度值；一用于測量設(shè)備中氣體壓力的裝置；一連接裝置，用于將設(shè)備中的壓力值傳輸?shù)轿⑻幚頇C(jī)，對微處理機(jī)編程，以便根據(jù)該存儲(chǔ)在微處理機(jī)的存儲(chǔ)器中的氣體狀態(tài)方程提供氣體的密度值；以及信號和報(bào)警裝置，當(dāng)計(jì)算的密度值下降到一個(gè)或多個(gè)閾值時(shí)，由微處理機(jī)控制操作。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包含一用于構(gòu)成該設(shè)備圖像和置于其鄰近區(qū)域的探頭，將它的輸出提供到微處理機(jī)，以便考慮各種不同的氣候例如風(fēng)或雪，對所計(jì)算的密度值進(jìn)行附加的校正。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中的微處理機(jī)被編程，以便在電流突然增加或降低一指定的數(shù)值之后的一預(yù)定的時(shí)間長度內(nèi)禁止該報(bào)警和發(fā)信號的指令執(zhí)行。
7.如權(quán)利要求4到6中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中該壓力測量裝置是一帶溫度補(bǔ)償電路的傳感器。
8.如權(quán)利要求4到6中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中該壓力測量裝置是恒溫控制的。
全文摘要
一種用于測定電力設(shè)備內(nèi)的鄰近載流元件處的絕緣氣體密度的方法和系統(tǒng)，該方法包含的步驟是測量該設(shè)備外部和其鄰近區(qū)域的參照溫度；測量通過該設(shè)備的電流，并且根據(jù)氣體溫度上升值確定超過參照溫度的氣體溫度上升值，所述溫度上升值是通過測試或利用一數(shù)字模型確定的；通過將參照溫度和溫度上升值相加計(jì)算出氣體溫度；測量設(shè)備內(nèi)部的氣體壓力；以及根據(jù)氣體狀態(tài)方程ρ＝F(T，P)計(jì)算氣體密度ρ，該方程以按列表數(shù)據(jù)表示。
文檔編號H01H33/02GK1146012SQ9610136
公開日1997年3月26日 申請日期1996年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月8日
發(fā)明者塞里斯·埃德蒙, 杜普拉茲·讓-皮埃爾 申請人:Gec阿爾斯托姆T&D公司