用于确定绝缘室或开关柜中的SF₆气体的填充量的测量设备及相应的方法

专利名称：用于确定绝缘室或开关柜中的SF₆气体的填充量的测量设备及相应的方法
技术领域：
本发明涉及用于确定在绝缘室或开关柜中的SF6气体的填充量的测量设备，用于确定在绝缘室或开关柜中的SF6气体的填充量的方法，并涉及用于监控在绝缘室或开关柜中的SF6气体的填充量的系统。
背景技术：
在美国7，257，496B2中描述了监控高压箱中的SF6气体的方法。在不同的测量时间测量了箱中提供的SF6气体的压力、箱的环境温度以及箱外皮的温度。此后，平均值从所测量的温度计算出并被近似地确定为箱中的SF6气体温度。从SF6气体的摩尔数中，在不同的测量时间所产生的线性值发展来确定摩尔比，其中SF6气体的摩尔数由所测量的SF6气体压力和借助于理想气体方程(P*V = n*R*T)计算的气体温度计算出。在测量的21天之后， 记录摩尔比的趋势，并比较该趋势的梯度与最大可容许的泄漏。在该趋势的帮助下，计算其落在所设置的限值之下的时间点。在这种方法中，测量数据被传输到在离高压箱一定距离处的主管操作员。已知现有技术中的一个问题是，SF6气体箱的环境温度和表面温度或表面温度和环境温度的平均值不等于实际气体温度。而且，如从一般SF6气体压力温度特征所知，SF6 气体具有非线性行为。这意味着，与应用真实气体方法(其中应用实际测量值)相比，通过应用用于确定SF6气体的摩尔数的理想气体方程，只能获得近似值。此外，摩尔数取决于第一测量的精确度，即，当应用理想气体方程时所获得的参考测量只具有近似的精确度。因此使用该现有技术中所描述的方法，并不能检测到最小泄漏。已知现有技术中的另一问题是，21天的测量通常不足以对所监控的箱的行为作出正确陈述，因为预期的泄漏率不引起填充量的明显变化，即使在一年之后(填充量的变化的基准为最大 0.5% /年)。这同样适用于落在所设置的限值之下的预期的时间点的计算。最后，另一问题是，到主管操作员的数据传输的失败会导致整个监控的失败。因此，本发明的主要目的是解决现有技术水平的上述问题。这个目的通过如权利要求1所述的测量设备、如权利要求11所述的方法和如权利要求15所述的监控系统来实现。在从属权利要求中说明了本发明的有利配置。根据本发明的用于确定在绝缘室中的SF6气体的填充量的测量设备包括压力传感器(pressure transducer)、温度测量元件和用于从压力传感器所测量的压力测量值和温度测量元件所测量的相关温度测量值确定气体的填充量的处理设备。测量设备被布置成使得待测量的SF6气体被允许渗透到测量设备。以这种方式，实现了待测量的气体直接作用于压力传感器和温度测量元件。温度测量元件优选地是在测量设备中以气密方式被装上玻璃的温度传感器 (temperature sensor) 0这意味着将接通到温度传感器的电气连接引导出该室(气体室或箱)，SF6气体在测量设备中通过玻璃窗被施加到该室。温度传感器优选地是PT100传感器， 且绝缘室优选地是填充有SF6绝缘气体的高压开关柜。CN 102318025 A
说明书
2/5页 而且，作为压力吸收元件的压力传感器优选地包括将SF6气体直接施加到其上的膜，其中SF6气体的压力经由该膜被传输到压力传感器的另外的部件。作为对此的可替换方案，压力传感器可以是插入该膜中的应变规、压电压力传感器等。
在测量设备中，温度测量元件优选地被布置成使得它在朝着绝缘室的方向上被布置在压力传感器的膜的上游。这意味着，SF6气体的温度测量发生的测量点相对于测量设备中的绝缘室位于SF6气体的压力测量的测量点的正前方。以这种方式，可确保SF6气体的所测量的温度对应于SF6气体的所测量的压力。此外，测量设备优选地由热绝缘套包围，使得布置在测量设备中的测量元件与朝向周围环境的外部热绝缘。因此，可防止测量数据的失真，特别是温度测量数据的失真。处理设备优选地布置在测量设备中，使得它在绝缘室的方向上被布置在压力传感器和温度测量元件的下游。这意味着，处理设备相对于绝缘室被布置在温度测量元件和压力传感器后面的测量设备中。温度元件和压力传感器将其测量信号传输到处理设备，所述处理设备处理所述信号并输出对应于填充量的信号。此外优选地，处理设备、压力传感器和温度测量元件基本同轴地被布置在测量设备中，使得处理设备、压力传感器和温度测量元件的各自的中心轴基本上共轴。以这种方式，在将测量设备布置在绝缘室之前，可便于这些部件在测量设备内的安装，并可确保单独的部件的空间邻近度以及正确的相对位置，由此， 尤其避免了由于不希望有的接触而导致的测量数据的失真、长传输距离和其它相互影响。根据本发明的测量设备除了对应于填充量的信号以外还优选地输出对应于所测量的气体温度的信号。所述气体温度信号可用于使填充量信号随时间变化的过程平稳并补偿对应于填充量的由绝缘室的温度相关的体积膨胀引起的信号误差。通过测量设备的信号输出优选地是对应于4-20mA标准的模拟信号。根据本发明的测量设备已经允许识别绝缘室的最小的泄漏并发起适当的应对措施。原则上，根据本发明的测量设备因此由提供与填充量成比例的模拟输出信号的组合的压力和温度传感器组成。填充量信号基本上从SF6气体的密度建立，基于所测量的SF6气体压力信号和所测量的SF6气体温度信号来计算SF6气体的密度，并随后进一步借助于所测量的气体温度进行补偿。当识别出SF6气体密度时，优选地，应用根据维里方程的维里真实气体方法，并在测量设备的处理设备内部进行计算。维里方程是根据1/Vm的幂通过连续膨胀的普适气体方程的扩展。当在第一组员之后停止连续膨胀时，转而获得普适气体方程。然而如果连续膨胀继续，则形成具有增加数量的参数的可能无限数量的状态方程。与其它方法例如理想气体方程相反，维里真实气体方程适合于足够精确地模仿SF6气体的非线性行为(压力-温度特征)。维里真实气体方法基于普适(理想)气体方程(p*V = n*R*T)，其中真实气体因子 Z被积分。然而，通常真实气体因子Z不被认为是固定的常数，但被视为温度的函数，例如 (Z(T))。对于变化的温度，其他值是Z的结果。模拟程序可应用于密度或压力的参数，且真实气体因子可依赖于后者产生。p=p *RSF6*T*Z (T) (1)真实气体因子包括至少一个变量，其设置有描述对应于SF6气体的真实行为的曲线函数的指数。真实气体因子根据温度和密度的递增幂由多个单独的项组成。ρ = P *I SF6*T*{1+B(T)*p+C(T)*P 2} (2)
必须注意，在方程O)中，密度必须被转换，使得它以单位mol/L15被给出。为了以同样的方式获得计算结果，必须将下列形式的普适气体常数插入方程O)中R = O. 0831434J/(mol*K)方程O)的两个项B(T)和C(T)中的每一个由多个项组成
权利要求
1.一种用于确定在绝缘室(2)中的SF6气体的填充量的测量设备(1)，包括压力传感器 (15)、温度测量元件(13)和用于从压力测量值和相关温度测量值确定所述SF6气体的填充量的处理设备(16)，其中所述测量设备(1)被布置成密封所述绝缘室(2)的开口，且待测量的所述SF6气体直接作用于所述压力传感器(15)和所述温度测量元件(13)。
2.如权利要求1所述的测量设备(1)，其中所述温度测量元件(13)是在所述测量设备 (1)中以气密方式被装上玻璃的温度传感器(13)。
3.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述压力传感器(15)包括膜。
4.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述温度测量元件(13)被布置在所述测量设备⑴中，在所述绝缘室⑵的方向上位于所述压力传感器(15)的所述膜的上游。
5.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述测量设备(1)由热绝缘套(17)包围。
6.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述绝缘室(2)是填充有SF6 绝缘气体的高压开关设备。
7.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述处理设备(16)被布置在所述测量设备⑴中，在所述绝缘室⑵的方向上位于所述压力传感器(15)和所述温度测量元件(13)的下游，并输出对应于气体填充量的信号。
8.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述处理设备(16)、所述压力传感器(15)和所述温度测量元件(13)基本上同轴地被布置在所述测量设备(1)中。
9.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所述测量设备(1)除了对应于所述气体填充量的信号以外还输出对应于气体温度的信号。
10.如前述权利要求中的任一项所述的测量设备(1)，其中所输出的信号是模拟信号并根据4-20mA标准被输出。
11.一种确定在绝缘室(2)中的SF6气体的填充量的方法，其中测量设备(1)密封所述绝缘室(2)的开口并包括压力传感器(15)、温度测量元件(13) 和处理设备(16)；所述压力传感器(15)包括膜；待测量的所述SF6气体直接作用于所述压力传感器(15)的所述膜和所述温度测量元件(13)；以及所述方法包括下列步骤通过所述压力传感器(15)测量所述SF6气体的压力；通过所述温度测量元件(13)直接测量所述SF6气体的温度；从气体压力测量值和相关气体温度测量值确定所述SF6气体的密度；从所述SF6气体的密度确定所述SF6气体的填充量；输出对应于所述填充量的信号；输出对应于所述气体温度的相关信号；以及建立关于所述绝缘室(2)的泄漏的趋向。
12.如权利要求11所述的方法，其中利用对应于所述气体温度的相关信号来补偿对应于所述填充量的由所述绝缘室(2)的温度相关的体积膨胀引起的信号误差。
13.如权利要求11和12中的任一项所述的方法，其中在确定所述SF6气体的密度的步骤中将维里真实气体方法考虑在内。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述维里真实气体方法基于结合有真实气体因子的普适气体方程，其中所述真实气体因子包含具有指数的至少一个变量，以便描绘对应于所述SF6气体的真实行为的曲线函数。
15.一种用于监控在包括高压部件的绝缘室(2)中的SF6气体的填充量的监控系统，包括根据权利要求1到10中的任一项所述的测量设备(1)以及包括评估装置(8)，所述评估装置(8)用于记录随着时间变化对应于填充量的信号，其中使用根据权利要求11到13中的任一项所述的方法来确定关于所述绝缘室(2)的泄露的趋势。
16.如权利要求15所述的监控系统，其中通过远程数据传输技术来执行到所述评估装置⑶的信号传输。
全文摘要
一种根据本发明的用于确定在绝缘室(2)中的SF6气体的填充量的测量设备(1)，包括压力传感器(15)、温度测量元件(13)和用于从所测量的压力值和相关的所测量的温度值确定SF6气体的填充量的处理设备(16)，其中所述测量设备(1)密封绝缘室(2)的对应开口，并且待测量的SF6气体直接作用于压力传感器(15)和温度测量元件(13)。
文档编号H01H33/56GK102318025SQ200980155728
公开日2012年1月11日 申请日期2009年1月30日 优先权日2009年1月30日
发明者安德里亚斯·穆烈, 尼古拉斯·鲍尔, 托马斯·赫克勒 申请人:威卡亚历山大威甘德股份有限公司