專利名稱：金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬封閉開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試方法，特別是電力工程用金屬封閉 SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部溫升測試和監(jiān)控方法，通過對(duì)金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部氣體壓力值與溫度的相關(guān)性研究，實(shí)現(xiàn)一種基于Beattie-Bridgman方程的內(nèi)部溫升測試方法，滿足對(duì)金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫度變化和溫升異常的監(jiān)測要求。
背景技術(shù)：
金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(以下簡稱GIS)因其全金屬封閉結(jié)構(gòu)，使所有直接進(jìn)行的溫度測量方法，對(duì)其內(nèi)部溫度變化和過熱故障引起的異常溫升均無法有效地進(jìn)行測量和監(jiān)視，而現(xiàn)有的密度監(jiān)測裝置表征的是密度參數(shù)并進(jìn)行了就地溫度補(bǔ)償，理論上講該參數(shù)是不會(huì)隨溫度變化的，所以也無法表現(xiàn)內(nèi)部溫升狀況。國內(nèi)目前有通過設(shè)備外殼紅外熱像進(jìn)行內(nèi)部熱場分布的研究，尚沒有通過SF6氣體壓力對(duì)GIS內(nèi)部溫升監(jiān)測的技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡單、直觀、安全的金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法，按以下步驟進(jìn)行a)、GIS設(shè)備外部安裝有常規(guī)的密度表，在該處并接一只高精度壓力變送器，同時(shí)， 設(shè)置溫度傳感器，用于分別采集SF6氣體密度和SF6氣體壓力以及環(huán)境溫度；b)、氣體壓力與溫度的換算，采用Beattie-Bridgman方程的公式ρ = (RTB-A) d2+RTd其中A= 73. 882 X 1(Γ5_5· 132105 X l(T7d ；B = 2. 50695X 1(Γ3-2· 12283Χ l(T6d ；
R = 56. 9502 X 1(Γ5 (bar · m3 · kg-1 · Γ1)；T = 273. 15+t
ρ:壓力，bar;d:密度，kg/m3;T 熱力學(xué)溫度(絕對(duì)溫度)，K ；t:攝氏溫度，V ；根據(jù)上式代入并化簡，得到狀態(tài)方程(壓力ρ的單位為Pa)ρ = (5. 1321 X 1(Γ2-1· 2087 X I(T4T) d3+(l. 4277 X 101-7. 3882 X IO1) d2+5. 6950 X IO1Td ；c)、氣體密度d的確定在GIS設(shè)備停運(yùn)狀態(tài)且溫度平衡并穩(wěn)定后(SF6氣體溫度可視為等于環(huán)境溫度)，測量SF6氣體壓力ρ (絕對(duì)壓力)，環(huán)境溫度t，代入上式，編程用牛
4頓迭代法求解，計(jì)算出密度d。在SF6氣體無泄漏的情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測中，氣體密度d視為常量。在GIS設(shè)備內(nèi)部氣體發(fā)生變化后，需重新初始化，按上述方法確定氣體密度d。
d)、壓力變送器精度的確定如20°C時(shí)非斷路器氣室SF6的充氣壓力0.4MPa (絕對(duì)壓力0. 5MPa)，得到SF6氣體密度為31. 86Ag/m3。代入并化簡，可得該密度下的等密度線方程為 t = 5. 1127 X 1(Γ4ρ_235· 64若壓力ρ 的單位以 MPa 計(jì)，則t = 511. 27ρ_235· 64 ；由此可見，每0. OlMPa的壓力變化大致對(duì)應(yīng)5°C的氣體溫度變化，而壓力變化 0. 2MI^a對(duì)應(yīng)的是GIS設(shè)備內(nèi)部100K溫升。電力工程的GIS設(shè)備SF6氣體充氣壓力在0. 35 0. 65MPa范圍內(nèi)，采用-0. 1 0. 9MPa量程準(zhǔn)確度0. 25%及以上的高精度壓力變送器，則壓力分辨率為0. 0025MPa，相應(yīng)的氣體溫度理論分辨率為1. 3°C左右。e)、運(yùn)行的GIS設(shè)備監(jiān)測高精度壓力變送器實(shí)時(shí)測量SF6氣體壓力，溫度傳感器實(shí)時(shí)測量環(huán)境溫度。用下式計(jì)算SF6氣體溫度
5.1321x10^d3-7.3882χ 101Cf2—ρι=--273.15
1.2087^10-4d3-1.4277^ 10-1#—5.δ950χ 101d該溫度值進(jìn)行環(huán)境溫度修正后，即為運(yùn)行中SF6氣體的溫升。消除負(fù)荷電流、日照等影響，即可表征GIS設(shè)備內(nèi)部有無異常溫升的情況。本方法發(fā)明的積極效果是長期以來，電力系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的GIS設(shè)備內(nèi)部溫度沒有任何方法進(jìn)行測量，其內(nèi)部由于接觸面氧化、緊固松動(dòng)、圈簧(退火、斷裂)壓力變化等電氣接觸不良引起的溫度異常上升，一直沒有有效地方式進(jìn)行監(jiān)測，往往是演變成為了事故后，這些缺陷故障才被暴露出來，由于GIS設(shè)備的安裝位置均是大城市中心和樞紐變電站等非常重要的地方，所以一旦GIS設(shè)備發(fā)生事故都會(huì)造成非常惡劣的影響。本方法通過壓力進(jìn)行的內(nèi)部溫升測試方法，使GIS設(shè)備的內(nèi)部溫度異常升高有了測試方法。再配合自主研發(fā)監(jiān)測分析管理系統(tǒng)監(jiān)測、分析后，對(duì)過熱型缺陷故障發(fā)出預(yù)警或報(bào)警，運(yùn)行單位采取必要的安全技術(shù)措施，對(duì)異常間隔進(jìn)行隔離，以消除設(shè)備缺陷故障。本方法適用于電力工程所有金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(GIS)，測試器件安裝方便、監(jiān)測方法簡單、直觀、有效，能保證不影響GIS設(shè)備的安全運(yùn)行，最大限度地避免了 GIS內(nèi)部過熱型缺陷故障給電力系統(tǒng)帶來的安全隱患和事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)SF6氣體是溫室效應(yīng)最強(qiáng)的溫室氣體， GIS設(shè)備發(fā)生事故往往會(huì)造成大量的SF6氣體外泄，造成環(huán)境污染。所以，無論從“節(jié)能減排”保護(hù)環(huán)境，還是保障供電讓民眾安居樂業(yè)，其社會(huì)效益都是巨大的。本方法簡單、直觀、安全，無需對(duì)GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進(jìn)行任何改動(dòng)，就能滿足電力系統(tǒng)現(xiàn)場對(duì)GIS設(shè)備的溫升，進(jìn)行間接監(jiān)測，提高了 GIS設(shè)備的運(yùn)行安全可靠性。


圖1是GIS內(nèi)部溫升測試裝置示意圖；圖2是SF6氣體的壓力-溫度-密度特性關(guān)系圖；圖3是GIS內(nèi)部SF6壓力-時(shí)間特性關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式圖1中，1、GIS設(shè)備；2、逆止閥；3、密度表；4、高精度壓力變送器。Beattie-Bridgman方程表征SF6氣體狀態(tài)的密度、溫度、壓力關(guān)系。本發(fā)明基于Beattie-Bridgman方程的內(nèi)部溫升測試方法，是以ρ = (RTB-A) d2+RTd式的Beattie-Bridgman方程，通過監(jiān)測SF6氣體壓力變化，作為計(jì)算GIS內(nèi)部溫度變化依據(jù)。同時(shí)，內(nèi)部溫升測試方法已被本發(fā)明人運(yùn)用到對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部過熱型缺陷故障的判別和示警中。本發(fā)明基于Beattie-Bridgman方程的GIS設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法，按以下步驟進(jìn)行a)、在GIS設(shè)備現(xiàn)有的密度表處，并接一只高精度的壓力變送器，采集SF6氣體壓力和環(huán)境溫度；b)、就地?cái)?shù)據(jù)采集裝置將實(shí)時(shí)采集的壓力和溫度值，傳送到GIS設(shè)備過熱監(jiān)測分析管理系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算、對(duì)比等分析；C)、對(duì)比分析既有本氣室每時(shí)段溫升值縱向的比較(參見圖3，ΔΚιι為氣體壓力上升飽和值)，同時(shí)還有相同安裝位置、相近氣體壓力、相同負(fù)荷電流氣室之間橫向的相對(duì)比較。監(jiān)測分析管理系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果做出GIS設(shè)備內(nèi)部溫升是否異常的判斷。d)、GIS設(shè)備內(nèi)部溫升異常時(shí)，預(yù)警信號(hào)或報(bào)警信號(hào)發(fā)送方式有就地和遠(yuǎn)程。遠(yuǎn)程發(fā)送采用內(nèi)部局域網(wǎng)和GPRS無線網(wǎng)。本方法的主要功能與技術(shù)指標(biāo)主要功能采用高精度的壓力變送器和溫度傳感器，對(duì)運(yùn)行中的GIS設(shè)備內(nèi)部溫升和環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過GIS設(shè)備過熱監(jiān)測分析管理系統(tǒng)運(yùn)用斜率法和差值法，分析GIS設(shè)備內(nèi)部是否存在過熱型缺陷或故障，當(dāng)溫升異常達(dá)到警示閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警或報(bào)警信號(hào)，通知運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)處理。技術(shù)指標(biāo)壓力測量范圍-0. 1 0. 9MPa ；壓力測量精度0.1%;溫升測量范圍0 250K ；環(huán)境溫度測量范圍-20 80°C ；數(shù)據(jù)接口協(xié)議RS232。傳感器名稱帶溫度測量的壓力變送器(德國WIKA公司)，型號(hào)D_10。傳感器技術(shù)參數(shù)壓力范圍-0. 1 0. 9MPa ；測量精度0. 1%;溫度范圍-20 80°C ；信號(hào)輸出RS232。
權(quán)利要求
1. 一種金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法，按以下步驟進(jìn)行a)、金屬封閉絕緣開關(guān)設(shè)備即GIS設(shè)備外部安裝常規(guī)的密度表，在該處并接一只高精度壓力變送器，同時(shí)，設(shè)置溫度傳感器，用于分別采集SF6氣體密度和SF6氣體壓力以及環(huán)境溫度；b)、SF6氣體壓力與SF6氣體溫度的換算，采用Beattie-Bridgman方程的公式 ρ = (RTB-A) d2+RTd ；其中:A = 73. 882X 10_5-5. 132105 X l(T7d ； B = 2. 50695X 10_3-2. 12283X 10_6d ； R = 56. 9502 X IO-5 (bar · m3 · kg-1 · Γ1)； T = 273. 15+t ； P :SF6氣體壓力，bar ； d =SF6氣體密度，kg/m3 ； T =SF6氣體溫度，K ； t:攝氏溫度，V代入上式并化簡，得到狀態(tài)方程，其中，壓力ρ的單位為1 ρ = (5. 1321 X 1(Γ2-1· 2087 X I(T4T) d3+( 1. 4277 X 101-7. 3882 X IO1) d2+5. 6950 X IO1Td ；c)、在GIS設(shè)備處于停運(yùn)狀態(tài)且溫度平衡并穩(wěn)定后，SF6氣體溫度視為等于環(huán)境溫度，測量SF6氣體壓力p，環(huán)境溫度t，代入上式，編程用牛頓迭代法求解，計(jì)算出密度d ；在SF6氣體無泄漏的情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測中密度d視為常量；在GIS設(shè)備內(nèi)部氣體發(fā)生變化后，需重新初始化，按上述方法確定氣體密度d ；d)、壓力變送器精度的確定如20°C時(shí)SF6氣體絕對(duì)壓力0.5MPa，得到SF6氣體密度為 31. 867kg/m3 ；代入上述并簡化，可得該密度下的等密度線方程為t = 5. 1127X10_4p-235. 64若壓力P的單位以MI^a計(jì)，則:t = 511. 27p-235. 64 ；由此可見，每0. OlMI3a的壓力變化大致對(duì)應(yīng)5°C的氣體溫度變化，而壓力變化0. 2ΜΙ^對(duì)應(yīng)的是GIS設(shè)備內(nèi)部100Κ溫升；電力工程的GIS設(shè)備SF6氣體充氣壓力在0. 35 0. 65MPa范圍內(nèi)，采用-0. 1 0. 9MPa 量程準(zhǔn)確度0. 25級(jí)及以上的高精度壓力變送器，則壓力分辨率為0. 0025MPa，相應(yīng)的氣體溫度理論分辨率為約1. 3°C ；e)、運(yùn)行的GIS設(shè)備監(jiān)測高精度壓力變送器實(shí)時(shí)測量SF6氣體壓力，溫度傳感器實(shí)時(shí)測量環(huán)境溫度，用下式計(jì)算SF6氣體溫度5.1321 χ 10-2d3-7.38B2^ 101d2-pt=----.273 151.2087x10-4d3-1.4277x10-1d2-5,6950Kl01d ‘其中考慮消除負(fù)荷電流和日照影響因素，溫度值進(jìn)行環(huán)境溫度修正后，即為運(yùn)行中SF6氣體的溫升，即可表征GIS設(shè)備內(nèi)部有無異常溫升的情況；上述就地?cái)?shù)據(jù)采集裝置將實(shí)時(shí)采集的壓力和溫度值，傳送到GIS設(shè)備過熱監(jiān)測分析管理系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算、對(duì)比分析；對(duì)比分析既有本氣室每時(shí)段溫升值縱向的比較，同時(shí)還有相同安裝位置、相近氣體壓力、相同負(fù)荷電流氣室之間的橫向的相對(duì)比較；該監(jiān)測分析管理系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果做出GIS設(shè)備內(nèi)部溫升是否異常的判斷，GIS設(shè)備內(nèi)部溫升異常達(dá)到警示閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)或報(bào)警信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法，其特征是采用高精度的壓力變送器和溫度傳感器，對(duì)運(yùn)行中的GIS設(shè)備內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過自主研發(fā)的GIS設(shè)備過熱監(jiān)測分析管理系統(tǒng)，運(yùn)用Beattie-Bridgman 方程計(jì)算壓力——溫度變化，采用本氣室每時(shí)段溫升值縱向的比較和相同安裝位置、相近氣體壓力、相同負(fù)荷電流氣室之間橫向的相對(duì)比較，分析判斷GIS設(shè)備內(nèi)部是否存在過熱型缺陷或故障，當(dāng)溫升異常達(dá)到警示閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警或報(bào)警信號(hào)，通知運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)處理；所述e步中預(yù)警信號(hào)或報(bào)警信號(hào)發(fā)送方式有就地和遠(yuǎn)程，遠(yuǎn)程發(fā)送采用內(nèi)部局域網(wǎng)和GPRS無線網(wǎng)發(fā)送，以通知運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)處理。
全文摘要
一種金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升測試監(jiān)控方法，屬電力工程用的一種金屬封閉式高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部的溫升測試監(jiān)控方法。通過對(duì)金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部氣體壓力值與溫度的相關(guān)性研究，實(shí)現(xiàn)一種基于Beattie-Bridgman方程的內(nèi)部溫度變化測試方法，滿足電力工程對(duì)金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部溫升異常的監(jiān)測要求。本發(fā)明簡單、直觀、安全，無需對(duì)GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進(jìn)行任何改動(dòng)，就能滿足電力系統(tǒng)現(xiàn)場對(duì)GIS設(shè)備的溫升進(jìn)行間接監(jiān)測，提高了GIS設(shè)備的運(yùn)行安全可靠性。
文檔編號(hào)G01L9/00GK102338672SQ201010228668
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者丁丹一, 張力, 曹永興, 李晶, 甘德剛, 胡燦, 陳賢順 申請人:四川電力試驗(yàn)研究院