操作電設(shè)備的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于操作流體絕緣電設(shè)備(1)的方法和裝置。電設(shè)備(1)的絕緣流體(10)包含至少兩種組分(A,B)。該方法包括通過由傳感器(30)測量至少三個測量變量(ρ,p,T)確定絕緣流體(10)的物理狀態(tài)的步驟。該方法進一步包括導(dǎo)出指示測量變量(例如，ρ、p、T)和/或特征變量(例如，p/T、pA/pB、pA/T、pB/T)隨時間變化的趨勢變量的步驟。這些特征變量(p/T、pA/pB、pA/T、pB/T)用相關(guān)方程(例如，狀態(tài)方程)從測量變量(ρ、p、T)導(dǎo)出，也指示絕緣流體(10)的物理狀態(tài)。通過試驗趨勢變量的特定模式，確定電設(shè)備(1)的操作狀態(tài)(O,F1,F2)?？赡艿牟僮鳡顟B(tài)(O,F1,F2)對應(yīng)于電設(shè)備(1)的特定和可區(qū)分的非故障和故障情況。因此，操作狀態(tài)可區(qū)分，并且使故障情況下的故障檢修簡化。
【專利說明】操作電設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及操作流體絕緣電設(shè)備的方法。另外，本發(fā)明涉及具有執(zhí)行此方法的控制與分析單元的電設(shè)備。
[0002]介紹和【背景技術(shù)】
處于液態(tài)和/或氣態(tài)(即，流體)的介電絕緣介質(zhì)廣泛用于使多種電設(shè)備中的電活性部件絕緣，例如開關(guān)設(shè)備或變壓器。例如，將介質(zhì)中的電活性部件或高壓金屬包封開關(guān)設(shè)備布置在氣密隔室，氣密隔室封閉具有數(shù)巴壓力的絕緣氣體，絕緣氣體使設(shè)備的隔室與電活性部件電隔離。換句話講，絕緣氣體不允許電流從電活性部件通到隔室。常用的介電絕緣氣體是六氟化硫(SF6),六氟化硫顯示極佳的絕緣和滅電弧能力。然而，SF6是溫室效應(yīng)的強大成因，因此具有高全球變曖的可能性。因此，應(yīng)尋找替代絕緣流體。
[0003]已確定數(shù)種替代絕緣流體。這些替代物中的一些包括多組分流體混合物，即，它們包含多于一種分子或原子物類。發(fā)現(xiàn)這些絕緣流體混合物的某些性質(zhì)對安全操作電設(shè)備是可行的。例如，絕緣流體的介電擊穿強度強烈依賴于混合物組分的濃度比和總流體壓力。為了保持混合物的絕緣特性并因此保持電設(shè)備的安全性和功能性,流體中絕緣流體的不同組分的濃度和總顆粒數(shù)必須保持恒定或至少在一定限度內(nèi)。為此，用傳感器裝置監(jiān)測絕緣流體的物理狀態(tài)。
[0004]對于用單組分氣體絕緣的電設(shè)備，例如SF6,通過檢測電設(shè)備所有氣體填充隔室內(nèi)的流體密度，可實現(xiàn)這種監(jiān)測。由于封閉體積內(nèi)氣體的密度獨立于壓力和溫度，密度檢測給出例如泄漏故障是否存在的直接指示。對于絕緣流體混合物，單獨密度檢測還不夠，因為介電絕緣強度另外依賴于例如組分之比。
[0005]US 2002/0095262 Al和US 7，184，895 B2描述監(jiān)測由至少兩種組分組成的氣態(tài)絕緣介質(zhì)中組分比例的方法和裝置。
[0006]然而，公開的方法和裝置有缺點，對于絕緣介質(zhì)，它們不確定和/或區(qū)分故障情況，這可危害電設(shè)備的安全操作。
[0007]發(fā)明公開內(nèi)容
因此，本發(fā)明的總體目的是提供操作電設(shè)備的改進方法，其中區(qū)分多種操作狀態(tài)。本發(fā)明的另一個目的是提供執(zhí)行這種操作方法的電設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是提供執(zhí)行這種方法的計算機程序要素。
[0008]這些目的通過獨立權(quán)利要求的方法和裝置實現(xiàn)。
[0009]因此,操作流體絕緣電設(shè)備(例如,氣體絕緣介質(zhì)或高壓開關(guān)設(shè)備、氣體絕緣線或氣體絕緣變壓器)的方法包括確定電設(shè)備中絕緣流體的物理(例如，熱力學(xué))狀態(tài)的步驟。絕緣流體包含至少兩種組分A和B，S卩，包含至少第一組分A和第二組分B的混合物。這些組分可以為液體和/或氣體，例如，組分A可以為(工藝)空氣，組分B可以為例如全氟酮C5、C6或C7之一(見以下定義)。通過檢測絕緣流體的至少三個測量變量，例如壓力P、溫度T和密度P，確定絕緣流體的物理狀態(tài)。這通過一個或多個傳感器實現(xiàn)。這些測量變量(例如以上實例中的P、T和P)指示絕緣流體物理狀態(tài)。因此，可從測量變量確定絕緣流體的物理狀態(tài)。
[0010]選擇測量變量，以便能夠確定或者可由它們確定指示絕緣流體的組分(A，B)的分壓(pA，pB)或濃度(CA，CB)的至少兩個特征變量。本文所術(shù)語“可確定”是指可從測量變量確定或計算指示絕緣流體的組分(A，B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的特征變量。因此，組分(A，B)的混合比容易定量。
[0011]對這些測量變量至少之一導(dǎo)出至少一個趨勢變量。該趨勢變量指示至少一個測量變量隨時間的變化。例如，趨勢變量可以是測量變量的時間導(dǎo)數(shù)，或者可以指示在指定瞬時間隔內(nèi)(即，第一時間和第二時間之間)測量變量的絕對或相對變化。在導(dǎo)出測量變量的趨勢變量外，補充或備選的是，導(dǎo)出至少一個特征變量的至少一個趨勢變量，所述至少一個趨勢變量指示至少一個特征變量隨時間的變化。至少一個特征變量從一個或多個測量變量導(dǎo)出。
[0012]換句話講,趨勢變量指示了一個或多個測量變量和/或指示絕緣流體的第一組分(A)和第二組分(B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的一個或多個導(dǎo)出變量(稱為特征變量)隨時間的變化。這些特征變量也是絕緣流體物理狀態(tài)的指示。利用上述測量變量實例P、T和P，可能的特征變量為例如絕緣流體的第一組分A和第二組分B的分壓pA和pB。
[0013]例如，通過將各變量當前的值或值組與各變量的移動平均值比較，可導(dǎo)出趨勢變量。因此，可導(dǎo)出測量變量和/或特征變量隨時間的變化。
[0014]然后，通過使用這個或這些趨勢變量，即至少一個測量變量的至少一個趨勢變量和/或至少一個特征變量的至少一個趨勢變量，從多個可能的操作狀態(tài)確定電設(shè)備的操作狀態(tài)。電設(shè)備的這些可能操作狀態(tài)可以是例如“運行”和“故障”。因此，可確定電設(shè)備的操作狀態(tài)，并且可任選根據(jù)電設(shè)備的操作狀態(tài)和任選根據(jù)其它參數(shù)采取其它措施。
[0015]在實施方案中，絕緣流體的氣相包括絕緣流體的組分的氣態(tài)混合物。因此，在絕緣流體的這種氣相中檢測至少一個測量變量。其優(yōu)點為更容易確定絕緣流體氣相的物理狀態(tài)。
[0016]在該方法的其它實施方案中，電設(shè)備的至少第一可能操作狀態(tài)對應(yīng)于電設(shè)備的至少第一非故障情況。電設(shè)備的至少第二可能操作狀態(tài)對應(yīng)于電設(shè)備的至少第一故障情況。另外，第一可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一非故障情況)中的絕緣流體的物理狀態(tài)(例如，從測量變量和/或從特征變量確定)不同于第二可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一故障情況)中的絕緣流體的物理狀態(tài)(例如，從測量變量和/或從特征變量確定)。備選或補充的是，趨勢變量在第一和第二可能操作狀態(tài)中是不同的。其優(yōu)點為可將電設(shè)備的第二可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一故障情況)與電設(shè)備的第一可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一非故障情況)區(qū)分。因此簡化故障檢修。
[0017]在實施方案中，電設(shè)備的至少第三可能操作狀態(tài)對應(yīng)于電設(shè)備的至少第二故障情況。另外，在電設(shè)備的第一可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一非故障情況)、電設(shè)備的第二可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一故障情況)和電設(shè)備的第三可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第二故障情況)中，電設(shè)備的絕緣流體的物理狀態(tài)和趨勢變量是不同的。其優(yōu)點為可用至少一個趨勢變量區(qū)分電設(shè)備的第一、第二和第三可能操作狀態(tài)。因此簡化故障情況的區(qū)分和故障檢修。
[0018]在實施方案中，電設(shè)備的第一和第二故障情況(分別對應(yīng)于電設(shè)備的第二和第三可能操作狀態(tài))選自:-從電設(shè)備的隔室均勻泄漏絕緣流體，即，與組分無關(guān)的絕緣流體損失，
-與其它組分比較，絕緣流體的一種組分(A或B)優(yōu)先泄漏，即一種組分增加的損失，從而導(dǎo)致絕緣流體的混合比變化，
-絕緣流體的一種組分冷凝或優(yōu)先冷凝，例如絕緣流體的僅一種或至少一種組分(A或B)優(yōu)先從氣態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，或者相反，
-在絕緣流體中出現(xiàn)至少一種新組分(C)，例如由于電弧、局部放電、光、高溫和/或至少一種組分(A和/或B)與電設(shè)備中的材料反應(yīng)，
-絕緣流體的至少一種組分(A和/或B)分解或優(yōu)先分解，例如由于電弧、局部放電、光、高溫和/或至少一種組分(A和/或B)與電設(shè)備中的材料反應(yīng)，
-絕緣流體的至少兩種組分(A，B)的分子之間的分子間反應(yīng)，和 -絕緣流體的至少兩種組分(A，B)中至少一種的去除，例如由于吸附到表面上。
[0019]因此可區(qū)分電設(shè)備的多種不同故障情況。
[0020]例如，測量變量可至少指示絕緣流體的壓力(P)和溫度(T)。因此，簡化絕緣流體物理狀態(tài)的確定。
[0021]在實施方案中，測量變量可至少指示絕緣流體的壓力(P)、溫度(T)和密度(P )。因此，簡化絕緣流體物理狀態(tài)的確定。 [0022]其它示例性測量變量可另外指示以下至少一個要素:絕緣流體的熱導(dǎo)率(λ)、粘度(η)和聲音速度(cs)。因此，簡化絕緣流體物理狀態(tài)的確定。
[0023]在其它實施方案中，對絕緣流體的各組分導(dǎo)出指示相應(yīng)分壓(ρΑ，ρΒ)或濃度(cA，cB)的至少一個特征變量。優(yōu)選對絕緣流體的兩種組分(A，B)導(dǎo)出指示分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的所述特征變量中的至少所述兩個。用至少一個相關(guān)方程從測量變量導(dǎo)出特征變量。換句話講，通過使用相關(guān)方程，從測量變量導(dǎo)出指示絕緣流體的組分(A或B)的分壓(Pa, Pb)或濃度(ca，cB)的特征變量，或者通過使用相關(guān)方程，從測量變量導(dǎo)出指示絕緣流體的組分(A，B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的特征變量。對于絕緣流體的各組分(A，B)，此相關(guān)方程可以是相同的(即，對兩種組分使用相同的相關(guān)方程)或不同的(即，對兩種組分使用不同的相關(guān)方程)。因此，可對各組分使用適合的相關(guān)方程。
[0024]在其它實施方案中，測量變量至少指示絕緣流體的壓力(P)、溫度⑴和密度(P)。因此，至少一個相關(guān)方程可以為狀態(tài)方程(即，“thermodynamic equationdescribing the state of matter under a given set of physical conditions，，(描述指定物理條件組下物質(zhì)狀態(tài)的熱力學(xué)方程)(來自http://en.wikipedia.0rg/wiki/Equation_of_state,訪問于2011年11月16 H ))，狀態(tài)方程選自:
-理想氣體定律，即PV = nRT，其中P為絕對壓力，V為體積，n為分子數(shù)(通常用摩爾表示)，R為理想氣體常數(shù)，T為絕對溫度，
-范德華(van-der-Waals)狀態(tài)方程，即，(p+a/Vm2) (Vm_b) =RT，其中Vm為各組分的摩爾體積，a，b為物質(zhì)特定參數(shù)(具體地講，a和b也可作為特定絕緣流體混合物的有效參數(shù)導(dǎo)出)，
-維里(virial)狀態(tài)方程，即，pVm/(RT) = I + B(T)/Vm + C(T)/Vm2 + D(T)/Vm3 + …，其中B(T)，C(T), D(T),…為溫度相關(guān)項，對應(yīng)于分子之間的相互作用，
-貝蒂—布里奇曼(Beattie - Bridgeman)狀態(tài)方程，即 p = RuT/( v 2) (1-。/( v T3))(V +B) -A/ ( V 2)，其中 A = A0 (ι-a/ v )，B = B0 (l_b/ v )，Ru 為氣體常數(shù)，形式為 Ru =
8.314kPa m3/(kmol K)，v為摩爾體積，a、b、(^Atl和Btl為各組分的物質(zhì)特定參數(shù)(具體地講， 這些參數(shù)同樣也可作為特定絕緣流體混合物的有效參數(shù)導(dǎo)出)，和
-彭-羅賓遜(Peng - Robinson)狀態(tài)方程，即 p = RT/(Vm_b) - a(T)/ (Vm(Vm+b) +b (Vm-b))，其中a (T)和b為經(jīng)驗參數(shù)。
[0025]在使用理想氣體定律以外的狀態(tài)方程時，可比單獨用理想氣體定律更好地預(yù)測氣體行為，并且可將預(yù)測擴展到液體。這可通過放入描述分子之間的吸引和排斥的項來實現(xiàn)。
[0026]在實施方案中，絕緣流體的第一組分(A)和第二組分(B)的分壓或濃度差距為至少2倍，即，第一組分(A)的分壓(pA)或濃度(cA)高于絕緣流體其它組分的分壓或濃度，為至少2倍。因此，用一個(即，相同)相關(guān)方程使用測量變量以導(dǎo)出特征變量(其指示絕緣流體的組分(A，B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)。這簡化從測量變量導(dǎo)出特征變量。
[0027]在該方法的另一個實施方案中，對至少兩個特征變量(其指示絕緣流體的組分(A, B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB))導(dǎo)出至少兩個趨勢變量。這至少兩個特征變量選白
-函數(shù)fl (Pa)，其中Pa為絕緣流體的第一組分A的分壓，
-函數(shù)f2 (pA/T)，其中T為絕緣流體的溫度，
-函數(shù)f3 (ρΒ)，其中pB為絕緣流體的第二組分B的分壓，
-函數(shù) f4(pB/T)，
—函數(shù) f5 (pA, Pb),
-函數(shù) f6 (pA, Pb, T),
-函數(shù) f7 (pA/pB)，
-函數(shù)f8 (Ca)，其中Ca為絕緣流體的第一組分A的濃度，
-函數(shù)f9 (Cb)，其中Cb為絕緣流體的第二組分B的濃度，
-函數(shù) Π0 (CA, Cb)，和 -函數(shù) Π1 (cA/cB)。
[0028]所有所述函數(shù)Π...Π1可與另外的變量相關(guān)。優(yōu)選函數(shù)Π…Π1為它們的變量的單調(diào)函數(shù)。
[0029]因此，至少兩個趨勢變量反映絕緣介質(zhì)相應(yīng)組分的分壓或濃度依賴性函數(shù)隨時間的變化。
[0030]在該方法的另一個實施方案中，至少對絕緣流體的測量變量或特征變量導(dǎo)出趨勢變量，所述特征變量指示
-ρ/τ,
_ ΡΑ/Τ 或 Ca,
-PB/T 或 Cb,和 -Pa/Pb 或 cA/cB
(其中P為絕緣流體的壓力，T為絕緣流體的溫度,PA、PB、CA和Cb為絕緣流體的組分的分壓和濃度)。換句話講，這些趨勢變量指示以下隨時間的變化:
-p/T,
_ PA/T 或 Ca,-PB/T 或 cB,和 -pA/pB 或 cA/cB。
[0031]因此，可確定這些測量變量和特征變量隨時間的變化。
[0032]在另一個實施方案中，對指示P的測量變量導(dǎo)出另一趨勢變量(其中P為絕緣流體的密度)。該方法進一步包括試驗這些趨勢變量的特定模式的方法要素(見下文)。由此，可區(qū)分多種操作狀態(tài)。
[0033]在該方法的另一個實施方案中，第二組分選自:
-六氟化硫，
-部分或完全氟化的醚，特別是氫氟醚、氫氟單醚、包含至少3個碳原子的氫氟單醚、全氟單醚或包含至少4個碳原子的全氟單醚，
-部分或完全氟化的酮，特別是氫氟單酮、全氟單酮、包含至少5個碳原子的全氟單酮或確切包含5或6或7或8個碳原子的全氟單酮，及-它們的混合物。
[0034]第一組分選自:
-氮，
_氧， -二氧化碳，
-一氧化氮，
-二氧化氮，
-一氧化二氮，
_ U?
-甲烷，特別是部分或完全鹵化的甲烷，特別是四氟甲烷或三氟碘甲烷，
-空氣，特別是工藝空氣或合成空氣，及 -它們的混合物。
[0035]因此，可對電設(shè)備的絕緣流體實現(xiàn)改善的絕緣性能。
[0036]在實施方案中，第二組分選自:
-環(huán)狀和/或脂族氟戊酮，優(yōu)選環(huán)狀和/或脂族全氟戊酮，更優(yōu)選1，1，1，3，4，4，4-七氟_3_( 二氟甲基)丁-2-酮，
-環(huán)狀和/或脂族氟己酮，優(yōu)選環(huán)狀和/或脂族全氟己酮，更優(yōu)選
I,I, I, 2, 4, 4, 5, 5, 5-九氟-4-( 二氟甲基)戍-3-酮，
-環(huán)狀和/或脂族氟庚酮，優(yōu)選環(huán)狀和/或脂族全氟庚酮，
-六氟化硫，和 -氫氟醚。
[0037]因此，可對電設(shè)備的絕緣流體實現(xiàn)改善的絕緣性能。
[0038]在其它實施方案中，第一組分選自:
氮和氧，相對分壓在 P (N2) / (P (O2) +p (N2)) =0.7、P (O2) / (P (O2) + p (N2)) =0.3 和 p (N2) /(P (O2) +p (N2) )=0.95, P (O2) / (P (O2) + p (N2)) =0.05 之間，或者
二氧化碳和氧，相對分壓在 P (CO2) / (P (O2)+p (CO2)) =0.6、P (O2) / (P (O2)+p (CO2)) =0.4和 P (CO2) / (P (O2) +p (CO2) )=0.99, P (O2) / (p (O2) + p (CO2)) =0.0I 之間，或者二氧化碳和氮，相對分壓在 P (CO2) / (P (N2) +p (CO2)) =0.l、p (N2) / (P (N2) +p (CO2)) =0.9 和P (CO2) / (P (N2) +p (CO2) )=0.9, P (N2) / (p (N2) +p (CO2)) =0.1 之間。
[0039]第二組分包括以下至少之一:
1，I, 1，3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮，在 20°C溫度具有 0.lbar-0.7bar 的分壓，
1，I, 1,2,4, 4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)戍_3_酮，在 20°C溫度具有0.01bar-0.3bar的分壓，
六氟化硫，在20°C溫度具有0.lbar-2bar的分壓，和 氫氟醚，在20°C溫度具有0.2bar-lbar的分壓。
[0040]因此，可對電設(shè)備的絕緣流體取得改善的絕緣性能。
[0041]在其它實施方案中，第一組分包括:
氮和氧，相對分壓在 P (N2) / (P (O2) +p (N2)) =0.75,P (O2) / (p (O2) + p (N2)) =0.25 和 p (N2) /(P (O2) +p (N2)) =0.90、P (O2) / (P (O2) + P (N2)) =0.10 之間，并且
其中第二組分包括在20°C溫度具有0.25bar-0.5bar分壓的1，I, I, 3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮和/或具有0.02bar-0.3bar分壓的I, I, 1,2,4, 4, 5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)戊- 3-酮。
[0042]因此，可對電設(shè)備的絕緣流體取得改善的絕緣性能。
[0043]在其它實施方案中，該方法進一步包括在電設(shè)備進入或離開可能的操作狀態(tài)時發(fā)送信號(例如，將警告信號發(fā)送到操作者和/或發(fā)送機器可讀(例如計算機可讀)信號)的步驟或要素。更有利的是，此信號為例如在電設(shè)備離開“運行”的可能操作狀態(tài)時發(fā)出的警報信號。更有利的是，該方法進一步包括例如在電設(shè)備的操作狀態(tài)從“運行”變成“故障”時關(guān)閉電設(shè)備的方法要素。因此，可保持電設(shè)備的安全運行。
[0044]在其它實施方案中，該方法進一步包括主動或被動循環(huán)絕緣流體的方法要素,用于使第一和/或第二組分的密度和/或混合物均化，例如，通過風扇或?qū)α?。此步驟或方法要素優(yōu)選在測量至少三個測量變量的步驟或方法要素之前進行。從而，可采用更有意義的方式檢測測量變量。
[0045]在其它實施方案中，該方法進一步包括至少一個以下步驟或方法要素:
-增加絕緣流體的第一和/或第二組分的至少一個分壓或至少一個濃度。這可例如通過將一定量第一和/或第二組分從組分儲器注入電設(shè)備的隔室實現(xiàn)。因此，隔室中絕緣流體的第一和/或第二組分可根據(jù)需要補充，這使故障情況下電設(shè)備的停工時間最大限度地減少。
[0046]-減小絕緣流體的第一和/或第二組分的至少一個分壓或至少一個濃度。因此，可從電設(shè)備的隔室去除絕緣流體的過量的一種或兩種組分。
[0047]-減小絕緣流體中至少一種污染物(即，絕緣流體中的不期望物質(zhì))的濃度，特別是通過過濾器吸附污染物。因此，可從絕緣流體去除可能降低絕緣性能的不期望物質(zhì)。
[0048]-使絕緣流體的至少第一和/或第二組分的冷凝量至少部分蒸發(fā)。這可例如通過位于隔室下部的加熱器實現(xiàn)。因此，可有效地阻止可能例如在低環(huán)境溫度發(fā)生的不期望的絕緣流體冷凝。
[0049]-使絕緣流體的第一和/或第二組分的一定量冷凝，特別是通過冷卻器。因此，可減少冷凝組分的氣態(tài)量。
[0050]由于進行一個或多個以上步驟或方法要素，可更容易地保持絕緣流體的合適混合t匕。這個或這些步驟優(yōu)選根據(jù)或使用電設(shè)備所處的操作狀態(tài)來選擇。
[0051]作為本發(fā)明的另一個方面，流體絕緣電設(shè)備(例如，介質(zhì)或高壓氣體絕緣開關(guān)設(shè)備)包括包含至少兩種組分(A，B)的絕緣流體。另外，電設(shè)備包括至少一個傳感器，用于測量指示絕緣流體物理(例如，熱力學(xué))狀態(tài)的至少三個測量變量。電設(shè)備還包括控制與分析單元，控制與分析單元適于實施用于操作上述流體絕緣電設(shè)備的方法的步驟或方法要素。因此，可操作電設(shè)備，并且可例如保持其安全運行。
[0052]在實施方案中，控制與分析單元適于在電設(shè)備進入或離開可能的操作狀態(tài)時發(fā)送信號(例如，發(fā)送警告或警報信號)。在其它實施方案中，控制與分析單元適于例如在電設(shè)備的操作狀態(tài)從“運行”變成“故障”時關(guān)閉電設(shè)備。因此，可保持電設(shè)備安全運行。
[0053]在其它實施方案中，電設(shè)備的控制與分析單元還適于區(qū)分電設(shè)備的多個可能操作狀態(tài)(0，F(xiàn)l, F2)中的至少第一、第二和第三操作狀態(tài)。至少第二和第三操作狀態(tài)分別對應(yīng)于電設(shè)備的第一和第二故障情況。其優(yōu)點為可將電設(shè)備的第一可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一非故障情況)與電設(shè)備的第二可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第一故障情況)和從電設(shè)備的第三可能操作狀態(tài)(對應(yīng)于第二故障情況)區(qū)分。因此，在電設(shè)備故障情況下簡化或允許故障檢修。
[0054]作為本發(fā)明的另一個方面，公開了一種包括計算機程序代碼工具的計算機程序要素，在由處理單元執(zhí)行時，其用于實施上述方法。這使得上述方法能夠結(jié)合到包括控制與分析單元的電設(shè)備。
[0055]附圖簡述
通過參考目前優(yōu)選的但為說明性的本發(fā)明實施方案的以下詳述，當結(jié)合附圖時，將更完全地理解本發(fā)明及其實施方案。
[0056]圖1顯示流體絕緣電設(shè)備的示意圖，
圖2、3和4顯示對于電設(shè)備的多個可能操作狀態(tài)，趨勢變量的真實變化和響應(yīng)。另外顯示分析結(jié)論。
[0057]發(fā)明實施方式 附圖描述:
圖1顯示流體絕緣電設(shè)備I (在此即例如氣體絕緣開關(guān)I)的示意圖。流體絕緣開關(guān)I的電活性部件60布置在氣密隔室50中，氣密隔室50封閉絕緣流體10，用于防止電流從電活性部件60通到隔室50。絕緣流體10為一種絕緣氣體10，其包含例如第一組分A “工藝空氣”(即，具有0.2摩爾分數(shù)的氧和具有0.8摩爾分數(shù)的氮的氣體混合物)和第二組分B “全氟酮C5” (見以下定義)，在填充時間和p=7bar總填充壓力下具有95:5混合比。對于組分A和B,此混合比分別對應(yīng)于分壓pA = 6.7bar和pB = 0.35bar或摩爾分數(shù)濃度cA=0.95和cB = 0.05。對于組分B，補充或者替代的是，可將具有分壓Pare = 0.lbar(cc；c6 =
0.014)和 pc，c7 = 0.05bar(cc；c7 = 0.007)的組分“全氟酮 C6” 或“全氟酮 C7”(組分 C，虛線)加到絕緣氣體10。
[0058]通過由傳感器30測量絕緣氣體10氣相中的三個測量變量，由控制與分析單元40確定絕緣氣體10的物理狀態(tài)(可用適合的測量變量確定)。在此，用絕緣氣體10的總壓力P、溫度T和密度P確定絕緣氣體10的物理狀態(tài)。例如，WO 2010/043268 Al公開用于此用途的適合的密度傳感器裝置。
[0059]作為選項，補充或替代的是，對于絕緣氣體10的密度，可通過相同或不同的傳感器裝置30 (虛線)測量其它適合的測量變量，如絕緣氣體10的/絕緣氣體10中的熱導(dǎo)率入、粘度n和/或聲音速度cs。然后，例如通過使用以下方程(如果測量壓力P、溫度τ和聲音速度Cs)，可使測量變量關(guān)聯(lián)絕緣流體10的組分A和B的濃度值cA、Cb:
【權(quán)利要求】
1.一種操作流體絕緣電設(shè)備(I)的方法，特別是氣體絕緣介質(zhì)或高壓開關(guān)設(shè)備，其中所述電設(shè)備(I)的絕緣流體(10)包含至少第一組分(A)和第二組分(B)，所述方法包括以下方法要素: -通過由至少一個傳感器(30)檢測至少三個測量變量(P，P, Τ, λ, η, cs)，確定絕緣流體(?ο)的物理狀態(tài),其中所述測量變量(P，P, τ, λ, η, cs)指示所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)，其中選擇所述測量變量(P，P, τ, λ, n, CS)，以便能夠用所述測量變量(P，P, τ, λ, η, Cs)確定指示所述絕緣流體(?ο)的第一組分(A)和第二組分(B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的至少兩個特征變量， -其中該方法包括:另一個方法要素α)導(dǎo)出至少一個所述測量變量(P，P, τ,入，n, cs)的至少一個趨勢變量,其中所述至少一個趨勢變量指示所述至少一個測量變量(P, P, τ, λ, n, Cs)隨時間的變化:和/或另一個方法要素(ii)從至少一個所述測量變量(P，P, τ, λ, η, Cs)導(dǎo)出至少一個所述特征變量，其中所述至少一個特征變量指示所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài),并導(dǎo)出至少一個所述特征變量的至少一個趨勢變量,其中所述趨勢變量指示所述至少一個特征變量隨時間的變化；并且 -其中該方法包括以下方法要素: 用所述至少一個測量變量(P，P, τ, λ, η, cs)的所述至少一個趨勢變量和/或用所述至少一個特征變量的所述至少一個趨勢變量，從至少兩個可能的操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l)的組確定電設(shè)備(I)的操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個所述測量變量(P，P,τ, λ, n, cs)通過傳感器(30)在絕緣流體(10)的氣相中測量，其中所述絕緣流體(10)的氣相包括所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的氣態(tài)混合物。
3.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述電設(shè)備(I)的至少第一可能操作狀態(tài)(O)對應(yīng)于所述電設(shè)備(I)的至少第一非故障情況， 其中所述電設(shè)備(I)的至少第二可能操作狀態(tài)(Fl)對應(yīng)于所述電設(shè)備(I)的至少第一故障情況，并且 其中在所述電設(shè)備(I)的第一可能操作狀態(tài)(O)中所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)不同于在所述電設(shè)備(I)的第二可能操作狀態(tài)(Fl)中所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)，和/或 其中在所述電設(shè)備(I)的第一可能操作狀態(tài)(O)中的趨勢變量不同于在所述電設(shè)備(I)的第二可能操作狀態(tài)(Fl)中的趨勢變量。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述電設(shè)備(I)的至少第三可能操作狀態(tài)(F2)對應(yīng)于所述電設(shè)備(I)的至少第二故障情況， 其中所述電設(shè)備(I)的第一、第二和第三可能操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l, F2)可用所述趨勢變量區(qū)分，并且 其中所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)在所述電設(shè)備(I)的第一、第二和第三可能操作狀態(tài)(O, Fl, F2)中彼此不同。
5.權(quán)利要求4的方法,其中所述電設(shè)備(I)的第一和第二故障情況選自: -所述絕緣流體(10)均勻泄漏， -所述絕緣流體(10)的第一或第二組分(A，B)優(yōu)先泄漏，-所述絕緣流體(10)的第一或第二組分(A，B)優(yōu)先冷凝， -在所述絕緣流體(10)中出現(xiàn)至少第三組分(C)， -所述絕緣流體(10)的至少第一或第二組分(A，B)分解， -所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的分子之間的分子間反應(yīng)，和 -所述絕緣流體(10)的至少第一或第二組分(A，B)的去除。
6.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述測量變量(P，P,Τ, λ, n, Cs)至少指示所述絕緣流體(10)的壓力(P)和溫度(T)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述測量變量(P，P,Τ, λ, η, cs)至少指示所述絕緣流體(10)的壓力(P)、溫度(T)和密度(P)。
8.權(quán)利要求6至7中任一項的方法，其中所述測量變量(P，P,Τ, λ , n, cs)另外指示以下至少一個要素:所述絕緣流體(10)的或所述絕緣流體(10)中的熱導(dǎo)率(λ)、粘度(H)和聲音速度(Cs)0
9.前述權(quán)利要求中任一項的方法，所述方法包括導(dǎo)出至少一個所述特征變量的方法要素，所述至少一個特征變量指示所述絕緣流體(10)的第一和/或第二組分(Α，B)的分壓(Pa, Pb)或濃度(ca, Cb),其中 使用至少一個相關(guān)方程用所述測量變量(P，P, Τ, λ, n, cs)導(dǎo)出所述至少一個特征變量。
10.前述權(quán)利要求中任一項的方法，所述方法包括導(dǎo)出至少兩個所述特征變量的方法要素，所述至少兩個特征變量指示所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的分壓(pA，pb)或濃度(CA，CB)，其中使用至少一個相關(guān)方程用所述測量變量(P，P, τ, λ, n, cs)導(dǎo)出特征變量，并且 其中對于所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)，所述相關(guān)方程是相同的或不同的。
11.權(quán)利要求7至8中任一項或權(quán)利要求9至10中任一項的方法，其中所述相關(guān)方程或至少一個所述相關(guān)方程為狀態(tài)方程，所述狀態(tài)方程選自:理想氣體定律、范德華狀態(tài)方程、維里狀態(tài)方程、貝蒂-布里奇曼狀態(tài)方程和彭-羅賓遜狀態(tài)方程。
12.權(quán)利要求10或11中任一項的方法，其中所述絕緣流體(10)的第一組分(A)的分壓(Pa)或濃度(cA)高于所述絕緣流體(10)的第二組分⑶的分壓(pB)或濃度(cB)，為至少2倍，和/或 其中用一個相關(guān)方程，使用所述測量變量(P，P, τ, λ, n, Cs)對所述絕緣流體(10)的所有組分(A，B)導(dǎo)出指示分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的特征變量。
13.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中對指示所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A, B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的所述至少兩個特征變量導(dǎo)出至少兩個趨勢變量，并且 其中所述至少兩個特征變量選自:函數(shù)fl(pA)、函數(shù)f2(pA/T)、函數(shù)f3(pB)、函數(shù)f4(pB/T)、函數(shù) f5(pA, pB)、函數(shù) f6(pA, pB, T)、函數(shù) f7 (pA/pB)、函數(shù) f8 (cA)、函數(shù) f9 (cB)、函數(shù) HO (cA, cB)和函數(shù) f 11 (cA/cB)， 其中PA和PB為所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的分壓，cA和cB為所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的濃度，T為所述絕緣流體(10)的溫度T。
14.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中至少對指示所述絕緣流體(10)的p/T、pA/T、Pb/T和pA/pB的測量變量或特征變量導(dǎo)出趨勢變量，其中P為所述絕緣流體(10)的壓力，T為所述絕緣流體(10)的溫度，pA和PbS所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的分壓，或者 其中至少對指示所述絕緣流體(10)的？/1\(^、(^和(^/(^的測量變量或特征變量導(dǎo)出趨勢變量，其中P為所述絕緣流體(10)的壓力，T為所述絕緣流體(10)的溫度，Ca和Cb為所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的濃度。
15.權(quán)利要求14的方法，其中對指示P的測量變量導(dǎo)出趨勢變量，其中P為所述絕緣流體(10)的密度，并且 其中該方法進一步包括以下方法要素:試驗是否 a)p/T、P、ρΑ/Τ和ρΒ/Τ的趨勢變量〈0，且ρΑ/ρΒ的趨勢變量等于0，其中P為所述絕緣流體(10)的密度；和/或試驗是否 b)p/T、P、cA和cB的趨勢變量〈0，且cA/cB的趨勢變量等于0，和/或試驗是否 c)p/T、P、pA/T和pB/T的趨勢變量〈0，且pA/pB的趨勢變量>0，和/或試驗是否 d)p/T、P、cA和cB的趨勢變量〈0，且cA/cB的趨勢變量>0，和/或試驗是否 e)p/T、P、pA/T和pA/pB的趨勢變量〈0，pB/T的趨勢變量等于0，和/或試驗是否 f)P/T、P、cA和cA/cB的趨勢變量〈0，且cB的趨勢變量等于0，和/或試驗是否 g)P/T、P和pB/T的趨勢變量>0，且pA/T和pA/pB的趨勢變量〈0，和/或試驗是否 h)p/T、P和cB的趨勢變量>0，且cA和cA/cB的趨勢變量〈0，和/或試驗是否 i)p/Τ和pB/T的趨勢變量>0，pA/T和pA/pB的趨勢變量〈0，以及P的趨勢變量等于0，和/或試驗是否 j) p/T和cB的趨勢變量>0，cA和cA/cB的趨勢變量〈0，以及P的趨勢變量等于0，和/或試驗是否 k) p/T、P、pA/T、pB/T和pA/pB的趨勢變量等于O,和/或試驗是否 I) P/T、P、cA、cB和cA/cB的趨勢變量等于O。
16.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述第二組分(B)選自: -六氟化硫， -部分或完全氟化的醚，特別是氫氟醚、氫氟單醚、包含至少3個碳原子的氫氟單醚、全氟單醚或包含至少4個碳原子的全氟單醚， -部分或完全氟化的酮，特別是氫氟單酮、全氟單酮、包含至少5個碳原子的全氟單酮或確切包含5或6或7或8個碳原子的全氟單酮，及-它們的混合物，并且其中所述第一組分㈧選自: -氮， _氧， -二氧化碳， -一氧化氮， -二氧化氮， -一氧化二氮，_ U? -甲烷，特別是部分或完全鹵化的甲烷，特別是四氟甲烷或三氟碘甲烷， -空氣，特別是工藝空氣或合成空氣，及 -它們的混合物。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述第二組分(B)選自: -環(huán)狀和/或脂族氟戊酮，優(yōu)選環(huán)狀和/或脂族全氟戊酮，更優(yōu)選1，1，1，3，4，4，4-七氟_3_( 二氟甲基)丁-2-酮， -環(huán)狀和/或脂族氟己 酮，優(yōu)選環(huán)狀和/或脂族全氟己酮，更優(yōu)選I, I, I, 2, 4, 4, 5, 5, 5-九氟-4-( 二氟甲基)戍-3-酮， -環(huán)狀和/或脂族氟庚酮，優(yōu)選環(huán)狀和/或脂族全氟庚酮， -六氟化硫，和 -氫氟醚。
18.權(quán)利要求16至17中任一項的方法，其中所述第一組分(A)選自:
氮和氧，相對分壓在 P (N2) / (P (O2) +p (N2)) =0.7、P (O2) / (P (O2) + p (N2)) =0.3 和 p (N2) /(P (O2) +p (N2) )=0.95, P (O2) / (P (O2) + p (N2)) =0.05 之間，或者
二氧化碳和氧，相對分壓在 P (CO2) / (P (O2)+p (CO2)) =0.6、P (O2) / (P (O2)+p (CO2)) =0.4和 P (CO2) / (P (O2) +p (CO2) )=0.99, P (O2) / (p (O2) + p (CO2)) =0.0I 之間，或者
二氧化碳和氮，相對分壓在 P (CO2) / (P (N2) +p (CO2)) =0.l、p (N2) / (P (N2) +p (CO2)) =0.9 和P (CO2) / (P (N2) +p (CO2) )=0.9, P (N2) / (p (N2) +p (CO2)) =0.1 之間，并且其中所述第二組分(B)包括以下至少之一: 1，I, 1，3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮，在 20°C溫度具有 0.lbar-0.7bar 的分壓， 1，I, 1,2,4, 4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)戍_3_酮，在 20°C溫度具有0.01bar-0.3bar的分壓， 六氟化硫，在20°C溫度具有0.1bar和2bar之間的分壓,和 氫氟醚，在20°C溫度具有0.2bar和Ibar之間的分壓。
19.權(quán)利要求16至18中任一項的方法，其中所述第一組分(A)包括
氮和氧，相對分壓在 P (N2) / (P (O2) +p (N2)) =0.75,P (O2) / (p (O2) + p (N2)) =0.25 和 p (N2) /(P (O2) +p (N2)) =0.90、P (O2) / (P (O2) + P (N2)) =0.10 之間，并且 其中所述第二組分⑶包括在20 °C溫度具有0.25bar-0.5bar分壓的1，1，1，3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁 -2-酮和/或具有0.02bar-0.3bar分壓的I,I, I, 2, 4, 4, 5, 5, 5-九氟-4-( 二氟甲基)戍-3-酮。
20.前述權(quán)利要求中任一項的方法，所述方法進一步包括以下方法要素:在所述電設(shè)備(I)進入或離開可能操作狀態(tài)(0，F(xiàn)l)時發(fā)送信號。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述信號為警報信號。
22.權(quán)利要求20至21中任一項的方法，所述方法進一步包括關(guān)閉所述電設(shè)備(I)的方法要素。
23.前述權(quán)利要求中任一項的方法，所述方法進一步包括以下方法要素:循環(huán)所述絕緣流體(10)，用于使所述第一和/或第二組分(A，B)的密度和/或混合物均化，特別是在進行所述檢測至少三個測量變量(P，P, τ, λ, n, Cs)的方法要素之前。
24.前述權(quán)利要求中任一項的方法，所述方法進一步包括以下方法要素中至少一個: -增加所述絕緣流體(10)的第一和/或第二組分(A，B)的至少一個分壓(pA，pB)，或分壓(PA，PB)至少之一，或至少一個濃度(CA, cB),或濃度(cA, cB)至少之一,特別是通過將一定量所述第一和/或第二組分(A，B)從組分儲器(70)注入所述電設(shè)備(I)的隔室(50)， -減小所述絕緣流體(10)的第一和/或第二組分(A，B)的至少一個分壓(pA，pB)，或分壓(PA，PB)至少之一，或至少一個濃度(cA，cB)，或濃度(cA，cB)至少之一， -減小所述絕緣流體(10)中至少一種污染物的濃度，特別是通過過濾器(90)， -使所述絕緣流體(10)的至少第一和/或第二組分(A，B)的冷凝量至少部分蒸發(fā)，特別是通過加熱器(80)，并且 -使所述絕緣流體(10)的第一和/或第二組分(A，B)的一定量冷凝，特別是通過冷卻器。
25.一種操作流體絕緣電設(shè)備(I)的方法，特別是氣體絕緣介質(zhì)或高壓開關(guān)設(shè)備，其中所述電設(shè)備(I)的絕緣流體(10)包含至少第一組分(A)和第二組分(B)，所述方法包括以下方法要素: -在第一時間，通過由至少一個傳感器(30)檢測至少三個測量變量(P，P, T,入，n, cs)，確定所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)，其中所述測量變量(P，P, τ, λ, n, cs)指示所述絕緣流體(10)在第一時間的物理狀態(tài),其中選擇所述測量變量(P，P, Τ, λ ,n, cs)，以便能夠用所述測量變量(P，P, τ, λ, n, Cs)確定指示所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的至少兩個特征變量， -在第二時間，通過由所述至少一個傳感器(30)檢測所述至少三個測量變量(P，P,τ, λ, n, CS)，確定所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)，其中所述測量變量(P，P, τ, λ,n, cs)指示所述絕緣流體(?ο)在第二時間的物理狀態(tài)，其中選擇所述測量變量(P，P,τ, λ, η, cs),以便能夠用所述測量變量(P，P, τ, λ, η, cs)確定指示所述絕緣流體(10)的第一和第二組分(A，B)的分壓(pA，pB)或濃度(cA，cB)的至少兩個特征變量，并且 -(?)用得自第一時間和得自第二時間的至少一個所述測量變量(P，P, τ, λ, η,cs)，導(dǎo)出所述至少一個測量變量(P，P, τ, λ, n, Cs)的至少一個趨勢變量，其中所述至少一個趨勢變量指示所述至少一個測量變量(P，P, τ, λ, η, Cs)在第一時間和第二時間之間的變化；和/或(ii)在第一時間和在第二時間從至少一個所述測量變量(P，P，τ, λ, η, Cs)導(dǎo)出得自第一時間和得自第二時間的至少一個所述特征變量，其中得自第一和得自第二時間的所述至少一個特征變量指示所述絕緣流體(?ο)在第一時間和第二時間的物理狀態(tài)，并用得自第一和得自第二時間的所述至少一個特征變量導(dǎo)出所述至少一個特征變量的至少一個趨勢變量，其中所述至少一個趨勢變量指示所述至少一個特征變量在第一和第二時間之間的變化，并且 -用所述至少一個測量變量(P，P, τ, λ, η, cs)的所述至少一個趨勢變量和/或用所述至少一個特征變量的所述至少一個趨勢變量從至少兩個可能的操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l)組中確定所述電設(shè)備(I)的操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l)。
26.一種流體絕緣電設(shè)備(I)，特別是氣體絕緣介質(zhì)或高壓開關(guān)設(shè)備，所述流體絕緣電設(shè)備⑴包含: 絕緣流體(10)，所述絕緣流體(10)包含至少兩種組分(A，B)， 至少一個傳感器(30)，所述傳感器(30)用于測量指示所述絕緣流體(10)的物理狀態(tài)的至少三個測量變量(P，P, Τ, λ, n, Cs)，和 控制與分析單元(40)，所述單元(40)適于進行用于操作所述流體絕緣電設(shè)備(I)的前述權(quán)利要求中任一項的方法的方法要素。
27.權(quán)利要求26的電設(shè)備(I)，其中所述控制與分析單元(40)還適于在所述電設(shè)備(I)進入或離開可能的操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l)時發(fā)送信號，特別是警報信號。
28.權(quán)利要求26至26中任一項的電設(shè)備(I)，其中所述控制與分析單元(40)還適于關(guān)閉所述電設(shè)備(I)。
29.權(quán)利要求26至28中任一項的電設(shè)備(I)，其中所述控制與分析單元(40)還適于從所述電設(shè)備(I)的多個可能操作狀態(tài)(O，F(xiàn)l, F2)中區(qū)分至少第一(O)、第二(Fl)和第三(F2)操作狀態(tài)， 其中至少所述第二和第三操作狀態(tài)(Fl，F(xiàn)2)對應(yīng)于所述電設(shè)備的第一和第二故障情 況。
30.一種包括計算機程序代碼工具的計算機程序要素，當由處理單元執(zhí)行時，其用于實施權(quán)利要求1至25中任一項的方法。
【文檔編號】G01N33/00GK103988075SQ201280061653
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】A.克拉梅, T.A.保羅 申請人:Abb 技術(shù)有限公司