一种sf6电气设备的温升检测装置
阅读说明：本技术 一种sf6电气设备的温升检测装置 (SF (sulfur hexafluoride)6Temperature rise detection device of electrical equipment ) 是由 李建鹏 赵冀宁 付炜平 胡伟涛 刘晓飞 杨世博 孟延辉 赵智龙 尹子会 冯鹏森 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种SF-6电气设备的温升检测装置,SF-6电气设备包括A相、B相和C相连接端口,本发明装置包括温升检测装置包括设置在分别安装在待测SF-6电气设备的A相、B相和C相连接端口上的两块SF-6压力表。两块SF-6压力表中一块为带温度补偿的压力表A,另一块为不带温度补偿的压力表B。本发明能够及时发现设备发热缺陷。(The invention discloses an SF 6 Temperature rise detection device of electrical equipment, SF 6 The electric equipment comprises A phase, B phase and C phase connection ports, the temperature rise detection device comprises a temperature rise detection device which is respectively arranged on SF to be detected 6 Two SF on the phase A, phase B and phase C connection ports of an electrical device 6 And a pressure gauge. Two blocks of SF 6 One of the pressure gauges is a pressure gauge A with temperature compensation, and the other is a pressure gauge B without temperature compensation. The invention can find the heating defect of the equipment in time.)
技术领域
本发明涉及电力设备安全运行监测
技术领域
，具体涉及一种SF6电气设备的温升检测装置。背景技术
随着电力系统的快速发展及电压等级的不断升高，SF6电气设备凭借其优良的绝缘和灭弧性能应用日益普遍。
SF6电气设备运行时以及绝缘劣化以后会产生热量，大量的现场试验和运行经验表明，热效应带来的温升变化与SF6电气设备的健康状况密切相关，是设备状态的重要表征，并且对于触头接触不良、初期绝缘劣化缺陷具有更高的灵敏度。利用热效应检测设备状态通常采用非接触式的红外热像法或各种类型的接触式温度传感器法，这些检测方法都是通过探测设备外表面温度分布间接测量内部温度，不能准确掌握设备内部温度场分布及其所反应的设备状态信息。
针对这一现状，需要研发一种能够准确掌握SF6电气设备内部温度的设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种能够及时发现设备发热缺陷的SF6电气设备的温升检测装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案为：SF6电气设备包括A相、B相和C相连接端口，本发明温升检测装置包括设置在分别安装在待测SF6电气设备的A相、B相和C相连接端口上的两块SF6压力表。
进一步地，两块SF6压力表中一块为带温度补偿的压力表A，另一块为不带温度补偿的压力表B。
进一步地，在每个SF6压力表内电连接一个控制模块。
进一步地，所述控制模块和其相应的SF6压力表之间通过电线电连接，所有控制模块均与单片机控制器无线通讯连接；所述单片机控制器的数量为一个。
进一步地，所述控制模块之间无线通讯连接；所述单片机控制器上电连接有显示器和报警器。
进一步地，安装在同一相的两块SF6压力表通过第一连通管连接，所述第一连通管和待测SF6电气设备之间设置有L形的第二连通管。
进一步地，所述第二连通管中设置有SF6进气管。
进一步地，SF6进气管上设置有第一开闭阀。
进一步地，第二连通管上设置有第二开闭阀，所述第二开闭阀位于SF6进气管和第一连通管之间。
进一步地，第二连通管上设置有第三开闭阀。
本发明的理论基础为：根据气体压力-密度-温度(p-ρ-t)三个状态参数关系式(p＝ρRt,R为常数)可知：当环境温度不变时，密度是随压力的改变成正比改变；当环境温度改变、密度不变时，压力随温度的改变而改变。根据SF6气体的物理特性，在密闭的容器中，一定温度下的SF6气体密度实际上可以由压力值来代表。要保持密闭容器中的SF6气体压力不变，只有对变化的温度进行补偿。目前SF6电气设备使用的SF6气体压力表是一种带温度补偿功能的压力测量类仪表。本发明中所述的在待检测SF6断路器A、B、C三相上分别安装两块SF6压力表，其中安装的带温度补偿的压力表A为图3所示的带温度补偿功能的压力测量类仪表，该压力表用来监测SF6气体是否存在泄漏。它通过测量元件测量SF6气体的压力，再通过压力表的温度补偿元件将SF6气体压力转换成20℃时的压力测量值，用压力测量值(P20值)代表SF6气体密度值。当SF6气体的密度不变时，P20值不会随温度的改变而产生测量值的改变。
本发明的应用过程包括以下步骤，
S1在待检测SF6电气设备的A、B、C三相上分别安装两块SF6压力表，所述两块SF6压力表分别为带温度补偿的压力表A和不带温度补偿的压力表B；整个电气设备一共是安装了六块SF6压力表。其中三块带温度补偿的压力表A和三块不带温度补偿的压力表B。
步骤S1中，SF6压力表安装完成后，确认待检测的SF6电气设备是否存在SF6气体泄漏，在确保SF6气体无泄漏的前提下才可利用后续方法进行温升检测及预测；利用压力表A的压力变化来确认待检测设备是否存在SF6气体泄漏，若压力表A示数不变时，说明未发生SF6气体泄露，若压力表A示数有变化，说明发生SF6气体泄露，则检查泄露点并修补，存在漏气的情况下将不能使用本发明所述温升测试方法，只有检查出泄露点并修补完成，使SF6气体不泄露时，才进行后续步骤。压力表A用来实时监测设备内部SF6气体是否存在泄漏，压力表B用来实时监测设备内部SF6气体压力。
S2利用压力表A的压力值p和温度值t分别计算出A、B、C相的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC。
S2中利用压力表A的压力值p和温度值t(20℃)分别计算出A、B、C相的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC，SF6气体无泄漏时ρA、ρB、ρC为一恒定值。
具体地，步骤S2中，将压力表A的压力值P和其对应的补偿后的温度值t代入到公式(1)中求出SF6气体密度ρ；
p＝0.57×10-4ρt(1+B)-ρ2A (1)；
其中，P为压力值，Mpa；t为温度值，K；ρ为密度，kg/m3。
系数A按照公式(2)获取，系数B按照公式(3)获取；
A＝0.75×10-4(1-0.727×10-3ρ) (2)；
B＝2.51×10-3ρ(1-0.846×10-3ρ) (3)；
ρ为密度，kg/m3。
具体地，压力表A的补偿温度为20℃，压力表A的补偿后的温度值t＝20+273.5＝293.5K；
分别将A、B、C相中压力表A的压力值PA、PB和Pc和补偿后的温度值t代入到公式(1)中求出A、B、C相对应的SF6气体密度ρA、ρB和ρC；ρA为A相对应的SF6气体密度，kg/m3，ρB为B相对应的SF6气体密度，kg/m3，ρC为C相对应的SF6气体密度，kg/m3。
S3利用A、B、C相的压力表B显示的当前压力值以及结合步骤S2的SF6气体密度值，计算出设备A、B、C三相的当前温度值t丿 A、t丿 B、t丿 C。
步骤S3中，利用压力表B的当前压力值P丿 A、P丿 B、P丿 C和S2计算得出的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC分别计算出设备的A、B、C三相设备的当前温度值t丿 A、t丿 B、t丿 C。
将压力表B显示的当前压力值P丿和步骤(3)获得的SF6气体密度值ρ带入到公式(1)计算出当前温度t丿，并以当前温度t丿表征SF6电气设备内部实际温度。步骤S3中，将A相的压力表B显示的当前压力值P丿 A和步骤S2中获得的SF6气体密度值ρA带入到公式(1)计算出A相设备当前温度t丿 A；将B相的压力表B显示的当前压力值P丿 B和步骤S2获得的SF6气体密度值ρB带入到公式(1)计算出B相设备当前温度t丿 B；将C相的压力表B显示的当前压力值P丿 C和步骤S2获得的SF6气体密度值ρC带入到公式(1)计算出C相设备当前温度t丿 C。
S4判断A、B、C三相的状态。
步骤S4中，基于相间印证的设备状态判断方法，选择t丿 A、t丿 B、t丿 C之中温度最低者为标准相，其它两相为待比较相。
鉴于设备运行过程中A、B、C三相同时发生过热故障的概率基本为零，所以选取t丿 A、t丿 B、t丿 C当中最小者为标准相，其它两相为待比较相。
通过计算待比较相与标准相的温度差值确定待比较相处于正常状态、注意状态还是异常状态，进而对设备进行差异化、针对化运行维护。
对处于异常状态的SF6电气设备的实时温度进行预测，以便精确、及时地安排停电进行缺陷消除工作，确保最大限度减少供电负荷损失。
具体地，考虑到设备运行时由高负荷造成的温升对于三相设备基本相同以及设备结构、安装位置、光照影响不同造成的实际温升有区别，步骤S4的判断标准为，计算待比较相与标准相的温度差值，通过与标准相的温度差值确定待比较相的健康状态；
温度差值在0K-5K时，待比较相为正常状态，此时设备正常，可以持续运行；
温度差值在5K-10K时，待比较相为注意状态，此时对待比较相缩短巡视周期，加强监测；
温度差值在10K以上时，待比较相为异常状态，此时应采取其它手段加强监测并结合停电计划及时开展隐患处理工作。
还包括步骤S5，步骤S5为当待比较相为异常状态时，报警器进行报警。本发明的有益效果：
本发明为在SF6电气设备A、B、C三相上分别安装两块SF6压力表，可以有效检测SF6电气设备温升情况，掌握设备内部温度及设备状态信息并将其显示在显示器上，对存在发热缺陷的设备实时温度进行及时报警。
附图说明
图1待测试SF6电气设备A相与本发明装置连接的结构示意图；
图2不带温度补偿时，压力和温度关系曲线；
图3为带温度补偿功能的压力测量类仪表的结构示意图；
图4为温度补偿时，压力和温度关系曲线。
附图1中，1带温度补偿的压力表A；2不带温度补偿的压力表B；3第一连通管；4第二连通管；4-1第二开闭阀；4-2第三开闭阀；5SF6进气管；5-1第一开闭阀。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详述，但本发明的范围并不仅仅局限于此，其要求保护的范围记载于权利要求的权项中。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种SF6电气设备的温升检测装置，SF6电气设备包括A相、B相和C相连接端口，温升检测装置包括设置在分别安装在待测SF6电气设备6的A相、B相和C相连接端口上的两块SF6压力表。
两块SF6压力表中一块为带温度补偿的压力表A1，另一块为不带温度补偿的压力表B2。
在每个SF6压力表内电连接一个控制模块7。
所述控制模块7用于获取该控制模块7所连接的压力表获取的参数。也就是每个SF6压力表中获取所在相的气室压力后，将数据传输给控制模块7，控制模块7根据气体压力-密度-温度(p-ρ-t)三个状态参数关系式(p＝ρRt,R为常数)，进行计算。
所述控制模块和其相应的SF6压力表之间通过电线电连接，所有控制模块均与单片机控制器无线通讯连接；所述单片机控制器的数量为一个。所述单片机控制器内安设有控制程序。
所述控制模块之间无线通讯连接；所述单片机控制器上电连接有显示器和报警器。
本发明中变电站用无线通讯方式可选用zigbee。
如图1所示，安装在同一相的两块SF6压力表通过第一连通管3连接，所述第一连通管3和待测SF6电气设备6之间设置有L形的第二连通管4。
所述第二连通管4中设置有SF6进气管5，用于给待测SF6电气设备供给SF6气体。
SF6进气管5上设置有第一开闭阀5-1。
第二连通管4上设置有第二开闭阀4-1，所述第二开闭阀4-1位于SF6进气管5和第一连通管3之间。
第二连通管4上设置有第三开闭阀4-2。
在本发明出现故障的时候，可以分别关闭第一开闭阀5-1、第二开闭阀4-1和第三开闭阀4-2进行维修操作。第一开闭阀5-1、第二开闭阀4-1和第三开闭阀4-2对本发明气路起到隔断的作用。
本发明使用时，A、B、C相中，每个相设置两块SF6压力表，每个SF6压力表中获取所在相的气室压力后，将数据传输给控制模块7，控制模块7将计算得到的数据传递给单片机控制器。经过计算比对后，确定是否存在异常状态的相。单片机控制器进行判断和对比，将结果显示在显示器中，如果存在异常状态的相，则报警器发出报警。
本发明的理论基础为：根据气体压力-密度-温度(p-ρ-t)三个状态参数关系式(p＝ρRt,R为常数)可知：当环境温度不变时，密度是随压力的改变成正比改变；当环境温度改变、密度不变时，压力随温度的改变而改变，如图2所示。根据SF6气体的物理特性，在密闭的容器中，一定温度下的SF6气体密度实际上可以由压力值来代表。要保持密闭容器中的SF6气体压力不变，只有对变化的温度进行补偿。目前SF6电气设备使用的SF6气体压力表是一种带温度补偿功能的压力测量类仪表，如图3所示。本发明中所述的在待检测SF6断路器A、B、C三相上分别安装两块SF6压力表，其中安装的带温度补偿的压力表A为图3所示的带温度补偿功能的压力测量类仪表，该压力表用来监测SF6气体是否存在泄漏。它通过测量元件测量SF6气体的压力，再通过压力表的温度补偿元件将SF6气体压力转换成20℃时的压力测量值，用压力测量值(P20值)代表SF6气体密度值。当SF6气体的密度不变时，P20值不会随温度的改变而产生测量值的改变，见图4。
对本发明的使用过程以及控制模块7和单片机控制器的计算过程进行如下解释。
本发明设置的使用及应用过程包括以下步骤，
S1在待检测SF6电气设备的A、B、C三相上分别安装两块SF6压力表，所述两块SF6压力表分别为带温度补偿的压力表A和不带温度补偿的压力表B；整个电气设备一共是安装了六块SF6压力表。其中三块带温度补偿的压力表A和三块不带温度补偿的压力表B。
步骤S1中，SF6压力表安装完成后，确认待检测的SF6电气设备是否存在SF6气体泄漏，在确保SF6气体无泄漏的前提下才可利用后续方法进行温升检测及预测；利用压力表A的压力变化来确认待检测设备是否存在SF6气体泄漏，若压力表A示数不变时，说明未发生SF6气体泄露，若压力表A示数有变化，说明发生SF6气体泄露，则检查泄露点并修补，存在漏气的情况下将不能使用本发明所述温升测试方法，只有检查出泄露点并修补完成，使SF6气体不泄露时，才进行后续步骤。压力表A用来实时监测设备内部SF6气体是否存在泄漏，压力表B用来实时监测设备内部SF6气体压力。
S2利用压力表A的压力值p和温度值t分别计算出A、B、C相的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC。
S2中利用压力表A的压力值p和温度值t(20℃)分别计算出A、B、C相的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC，SF6气体无泄漏时ρA、ρB、ρC为一恒定值。
具体地，步骤S2中，将压力表A的压力值P和其对应的补偿后的温度值t代入到公式(1)中求出SF6气体密度ρ；
p＝0.57×10-4ρt(1+B)-ρ2A (1)；
其中，P为压力值，Mpa；t为温度值，K；ρ为密度，kg/m3。
系数A按照公式(2)获取，系数B按照公式(3)获取；
A＝0.75×10-4(1-0.727×10-3ρ) (2)；
B＝2.51×10-3ρ(1-0.846×10-3ρ) (3)；
ρ为密度，kg/m3。
具体地，压力表A的补偿温度为20℃，压力表A的补偿后的温度值t＝20+273.5＝293.5K；
分别将A、B、C相中压力表A的压力值PA、PB和Pc和补偿后的温度值t代入到公式(1)中求出A、B、C相对应的SF6气体密度ρA、ρB和ρC；ρA为A相对应的SF6气体密度，kg/m3，ρB为B相对应的SF6气体密度，kg/m3，ρC为C相对应的SF6气体密度，kg/m3。
S3利用A、B、C相的压力表B显示的当前压力值以及结合步骤S2的SF6气体密度值，计算出设备A、B、C三相的当前温度值t丿 A、t丿 B、t丿 C。
步骤S3中，利用压力表B的当前压力值P丿 A、P丿 B、P丿 C和S2计算得出的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC分别计算出设备的A、B、C三相设备的当前温度值t丿 A、t丿 B、t丿 C。
将压力表B显示的当前压力值P丿和步骤(3)获得的SF6气体密度值ρ带入到公式(1)计算出当前温度t丿，并以当前温度t丿表征SF6电气设备内部实际温度。步骤S3中，将A相的压力表B显示的当前压力值P丿 A和步骤S2中获得的SF6气体密度值ρA带入到公式(1)计算出A相设备当前温度t丿 A；将B相的压力表B显示的当前压力值P丿 B和步骤S2获得的SF6气体密度值ρB带入到公式(1)计算出B相设备当前温度t丿 B；将C相的压力表B显示的当前压力值P丿 C和步骤S2获得的SF6气体密度值ρC带入到公式(1)计算出C相设备当前温度t丿 C。
S4判断A、B、C三相的状态。
步骤S4中，基于相间印证的设备状态判断方法，选择t丿 A、t丿 B、t丿 C之中温度最低者为标准相，其它两相为待比较相。
鉴于设备运行过程中A、B、C三相同时发生过热故障的概率基本为零，所以选取t丿 A、t丿 B、t丿 C当中最小者为标准相，其它两相为待比较相。
通过计算待比较相与标准相的温度差值确定待比较相处于正常状态、注意状态还是异常状态，进而对设备进行差异化、针对化运行维护。
对处于异常状态的SF6电气设备的实时温度进行预测，以便精确、及时地安排停电进行缺陷消除工作，确保最大限度减少供电负荷损失。
具体地，考虑到设备运行时由高负荷造成的温升对于三相设备基本相同以及设备结构、安装位置、光照影响不同造成的实际温升有区别，步骤S4的判断标准为，计算待比较相与标准相的温度差值，通过与标准相的温度差值确定待比较相的健康状态；
温度差值在0K-5K时，待比较相为正常状态，此时设备正常，可以持续运行；
温度差值在5K-10K时，待比较相为注意状态，此时对待比较相缩短巡视周期，加强监测；
温度差值在10K以上时，待比较相为异常状态，此时应采取其它手段加强监测并结合停电计划及时开展隐患处理工作。
还包括步骤S5，步骤S5为当待比较相为异常状态时，报警器进行报警。本发明中，控制模块和单片机控制器结合，按照上述的计算方法，将运算程序设置控制模块和单片机控制器中，进而判断出三相中，是否存在异常状态的相，若存在则及时报警。优选地，压力表A内的控制模块利用压力表A的压力值p和温度值t分别计算出A、B、C相的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC。压力表B内的控制模块利用A、B、C相的压力表B显示的当前压力值以及结合上述得出的SF6气体密度值ρA、ρB、ρC，计算出设备A、B、C三相的当前温度值t丿 A、t丿 B、t丿C。
单片机控制器汇总三个相的t丿 A、t丿 B、t丿 C，选择t丿 A、t丿 B、t丿 C之中温度最低者为标准相，其它两相为待比较相。通过计算待比较相与标准相的温度差值确定待比较相处于正常状态、注意状态还是异常状态，并将三个相的判断结果显示在显示器上，如果判断出有存在异常状态的相，则报警器发出报警。
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