CN1209911A - 具有局部放电检测装置的带金属外壳的开关设备 - Google Patents

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奥特马·贝耶尔
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伦哈德·里德尔
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Abstract

一种带金属外壳的开关设备(1),为检测局部放电(TE)和监控开关设备(1)使用一个公共的处理装置(30)。处理装置(30)包括一个对准外壳(5)内腔(4)的发射和接收天线(11),它用于检测局部放电和用于与装在外壳(5)内部的传感器(7a至7d)交换信息。

Description

具有局部放电检测装置的 带金属外壳的开关设备
本发明涉及一种带金属外壳的开关设备，其具有对外壳内腔进行局部放电检测的装置。
对于在高压或中压范围内的开关设备，通常要求尽可能早期识别和排除干扰。这主要涉及局部放电，它们往往是严重的故障例如飞弧的预兆。对封闭在外壳内的设备，从外部很难确定局部放电。
例如由Armin Diessner发表在1994年5月3日至6月29日的ETG-Sponsortagung上的文章“Sensorik fuer GIS-Anlagen”已知识别此类故障的测量系统。在该文所介绍的测量系统中故障信号借助于测量探针输出耦合和分析。
由德国实用新型9420199已知一种带金属外壳的高压开关设备，其中，在它的一个气体腔内装有表面波元件(OFW)。此OFW用于检定气体组分，这些气体组分是由于电弧作用在此外壳内所含有的熄弧气体上形成的，或用于检测压力波。在外壳的外侧设一天线，它用于与一分析计值装置进行无线信息传输。
本发明的目的在于，在一带金属外壳的开关设备或一波导管中提供一种简便的局部放电测量方案，这种技术方案应使成本很低。
本发明的目的通过一种用于高压或中压的金属外壳封装的开关设备来实现，这种开关设备有至少一个装在外壳内腔中的用于检测外壳内部的状态参数并有天线的传感器，其中，设有一个对准内腔用于与传感器进行信息交换的发射和接收天线；以及，发射和接收天线同时还用于电磁式地检测内腔中的局部放电(TE)。
可知尽管提出了完全不同的任务，在这里仍能借助于一个公共的装置实现两项功能，在这种情况下为实施此方案需要多个步骤。此新型的开关设备只有一个检测元件，亦即在外壳内腔中只有一个天线或天线元件，用于局部放电测量和其他测量参数的监控及检测。传感器最好设计为OFW，它特别小并可以没有困难地装在开关设备内。此外为达到此目的还将一个或多个传感器及其天线装在内腔中。因此有可能同时进行局部放电检测和设备信息的远程询问。
有利的是设一与发射和接收天线连接的处理系统，它包括一个用于在局部放电信号与OFW应答信号之间作出区别的识别装置，以及，在识别到局部放电时发出一个通知信号。利用它可选择进行错误识别，在此，该通知信号必要时可通过一控制和监测装置输入另一个处理器。此控制和监测装置可与该处理装置一起构成一个部件。
识别装置最好能包括存储器，存储器内存放局部放电信号和/或应答信号的至少特有的局部特征，被检测到的信号与之比较。由此可对一TE或应答信号的可用性作出积极的和/或消极的看法。可以设想，按照这种方法可以实现一种具有数据库的专家系统类型的设备。
为了识别局部放电信号，例如可优选引用一特征频谱和/或特征信号变化曲线，例如最大电平。原则上以本发明为基础还可以采用其他一些由现有技术(例如EP0596879B1)已知的识别程序。与此相关的主要有频谱的傅里叶分析以及对于加权的评估使用模糊逻辑或神经网络。必要时还可以对局部放电进行统计分析，所以可以识别雪崩效应。
最好能将在TE出现之前或之后的一规定的时间间隔内检测到的信息作为无效信息舍弃。因此在信息电平与干扰电平之间始终给出一个安全距离。这就是说，对已改变的或受干扰的数据信息不作分析。
有利的是在舍弃一个信息后重复此信息的传输。由此保证尽可能地没有或只有很小量的数据损失。
还可以设想，为了识别TE，将检测到的信号另外与表面波传感器的测量信号联结或比较。通过信息的这种联结可对TE的存在更准确地诊断。必要时还可以与设备的其他保护装置的信号，例如远距离保护装置或汇流排防护装置的信号进行逻辑连接，必要时按加权的观点与模糊逻辑电路进行逻辑连接，因此即使在临界或不利的工作状态下也能进行可靠的故障识别。以此方式可使开关设备可靠运行。
作为本发明的另一技术解决方案，可利用一种用于高压或中压的金属外壳封装的波导管，以及至少两个对准其内腔的发射和接收天线，在这两个天线之间进行信息交换，其中至少一个发射和接收天线同时用于检测内腔内部的局部放电。下面要说明的实施例按意义也适用于此信息传输装置。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例，其它优点和详细情况。
首先一般性地说明具有监测装置的天关设备，其中对信息进行高频传输。不言而喻，所说明的监测装置也可用于开关设备内部的其他功能，例如按雷达原理无传感器地检测开关位置、针对附加的控制任务或单纯用于信息传输。
图中表示了一种封闭的气体绝缘的开关设备1，这类开关设备例如已由上述德国实用新型9420199为公众所知。此开关设备1适用于高压或中压。在这里开关设备还应理解为是没有开关元件的封闭的波导管。
在此开关设备1的局部纵剖面内表示了一个有开关装置3的支路，尤其是一断路器或断路单元。在外壳5的中央延伸一作为电导体的汇流条6。开关装置3更详细的细节及其功能可参见上述实用新型。在开关设备1外壳5的内腔4中装有作为传感器的执行完全不同任务的表面波传感器(OFW)，例如温度检测用的OFW 7a、电流检测用的OFW 7b、气体识别用的OFW 7c及位置识别用的OFW 7d。还可以设想针对其他功能或任务的其他OFW，例如光识别、压力测量等。
每个OFW具有作为接收和发射装置的至少一个用于信息传输，特别是询问的天线9。在这种情况下信息从OFW 7a至7d传输给一个位于中央的对所有OFW 7a至7d有效的发射和接收天线，下面将它称之为天线元件11。
在这里，天线、发射和接收天线、天线元件或接收和发射装置，指的是各种辐射和接收元件，即它们能辐射和/或接收电磁波或光波，例如无线电天线、超声或光的发射和接收元件(例如红外元件)，其中还可以包括沿发射和接收方向的一个区段。图1所示结构例如涉及无线电信息传输。
天线元件11通过适当的导线13例如同轴电缆，必要时借助于适配元件的中间连接，与一个控制与监测装置(下面称为监控装置15)连接。它包括一个发射和接收部分17和另一个没有进一步表示的信号分析装置，其中必要时还可以包括一个具有存储装置的处理器。
发射和接收部件17或至少它的一些部件原则上也可以分散地布置在天线元件11四周，这样在监控装置15与天线元件11之间仅进行小功率的数据交换。因此发射功率分散地产生。
还可以设想，天线元件11借助于一分散的装置有线或无线地直接与总线19连接。监控装置15也可以与发射和接收部件17及所连接的天线元件11一起在本发明思想的范围内称作发射接收器或收发两用机。
监控装置15可例如是在开关设备内的一个中心单元，或也可以是有关支线或仪器的装置，它通过另一个数据连接线例如通过总线19与上线中央单元21在数据技术方面连接起来。此中心单元21可以是一附近的控制中心，它再通过恰当的接口22与上级网络主控台连接。
当然，中心单元21至少包括恰当的操纵和显示设备，例如键盘和显示屏，用于运行开关设备1。通过没有进一步表示的恰当接口，还可以例如在总线19或在监控装置15上连接一便携式的仪器设备，例如手提式计算机或Laptop，用于操纵或用于在图1所示系统不同位置处，例如在总线16或监控装置15处进行其他输入和输出。
所表示的数据连接可以任意设计，例如设计为线路连接，尤其是导线或光导体，或无线连接，例如无线电、声通信或光通信。
在本实施例中天线元件11装在外壳5内的一个孔上。此孔由一法兰盘23构成，该法兰盘可用一个封闭元件25例如一盖和一压环27封闭。当然按现有技术设有这里没有进一步表示的用于法兰连接的螺栓连接装置。
通过使天线元件11位于外壳5内部，为顺利地向OFW 7a至7d进行信息传输提供了最好的条件。因为天线元件11几乎可以说位于一接管内部，而没有伸入内腔4中，所以在这里避免了电或磁的有关技术问题。此外，天线元件11与一个本来可与外壳5分开的构件形成一个组件，所以便于接近或也可以改装。
OFW 7a至7d部分装在外壳5上，部分装在汇流排6上、开关装置3的移动部分上或还装在第一支座绝缘子28上或它的后面，必要时装在一个隔开的气室内。必要时多个具有不同功能的传感器可以集中装在一个地点并有一公共的天线。也可以使一个传感器有多种测量功能。比较有利的是这些传感器可以按信用卡的型式和尺寸进行设计，其中卡的大部分构成天线。
对于整个监控的功能重要的是在外壳5内部存在一种可靠的无线电通信或数据连接。为此支座绝缘子28用一种绝缘材料制造，使得在天线元件11与位于支座绝缘子28后面的OFW 7c之间的高频传输也不受影响。在另外一些传输方法中相应地规定支座绝缘子的材料(例如在光传输时为玻璃)。
法兰盘23或用于输入耦合所必需的孔可例如是现有的维修孔、充气接管、浇铸树脂孔、观察孔或端部法兰的一部分。因此，在这里作为范例说明的结构按意义对于在开关设备上的各种可能的孔，例如对于图中所示的端部法兰29均可采用，也可以采用一专门设置的孔。
还可以设想天线元件11装在外壳5的外部并通过一绝缘的窗口辐射到内腔4中。此外例如在两个外壳段连接法兰的区域内提供一浇注接管作为孔，在这种情况下天线元件必要时设计为鞭状天线浇注在此孔内。
在另一个支座绝缘子39后面的气室内的图中未表示的另一个具有附属控制器的天线设计中，也可以利用外壳5内腔4作为传输空间，其中受保护的数据传输可通过长的距离进行。这种可能性优先使用在波导管中。可以设想一种与同时的传感器应答的组合。
具有发射和接收部分17的监控装置15作为带天线元件11的处理系统30还可以有其他附加的或选择的功能：处理系统30同时用于检测外壳5内部的TE(局部放电)。
在这种情况下设计为无线电天线的天线元件11同时还用作TE的检测传感器。因此只需要一个天线或必要时在安装在外壳5内部时只需要一个导线13的通孔。在某些情况下用于两种功能的天线元件11可设计为具有两部分。
必要时为了TE的检测和与OFW交换信息可采用分开的分析器。在这种情况下还可设想通过一个适当的天线分向滤波器将它们共同连接在此天线元件11上。
不过对于两种功能最好使用一个公共的处理系统，亦即当前的监控装置15。最好将它设计为尤其是具有计算机和/或数字式信号处理器的数字式信号处理装置。因此也可以作复杂的测量值处理，例如傅里叶分析、模糊判定或神经元方法。监控装置15必要时还可包括控制功能。
在这种情况下监控装置15有一个用于判别局部放电信号与OFW应答信号的识别装置40。在识别到TE时发出一个通报信号，必要时该通报信号可通过总线19和中央单元21继续传输并可进行显示。
在识别装置40中检验当时所接收信号的TE特征。为此，此识别装置40包括存储器，其中存放TE和应答信号的至少特有的部分特征。然后将接收到的信号与存储的部分特征作比较。尽量寻找一致点。在各信号类型一致的情况下触发跟踪响应。在TE的情况下这例如可以是一个通报信号。
为了识别TE最好使用特征频谱和/或特征信号变化曲线。除此之外还可以用其他一些由现有技术已知的方法比较准确地检测TE或识别TE，例如采用求平均值和求差值、相位比较，尤其是与有关开关设备的电流和电压的相位值比较，或用于选择TE的特殊过滤方法。通常OFW 7a至7d的应答按规律拉开距离或周期性进行。而TE的出现却是没有规律的。必要时这里也可以通过采用求平均值进行信号处理和分析。
若在TE的情况下在预定的时间之内接收到一个应答信号，便可能由于TE使得应答信号被歪曲或改变。因此有利的是把在预定时间内或在TE形成时刻之前或之后的一个时间窗口内接收到的信息或应答信号作为无效信息或无效信号舍弃。以此方式可以预防不良的数据处理。为了补偿，必要时可以触发重复进行信息传输，由此使数据或信息损失控制得很低。
为了提高有关TE存在的诊断精度，通报信号还附加地与另一个信号逻辑连接。为此适用的例如是一个OFW的测量信号、来自现有的保护器如远距离保护装置或汇流排防护装置的信号、或例如开关设备1内接受的电流或电压的测量信号。在这种情况下有利的是，这些测量信号以数据形式存在于监控装置15或至少在中心单元21内，所以可以实施集中的最好数字的求值。
在某些情况下将现存的信息或信号加权也可能是有利的。在采用模糊逻辑时可以料想，在不明确的信号诊断或判别诊断中通过加权提供完全出人意料的或新的信息，它们有利于开关设备1的可靠运行。还可以借助于神经网络的“学习”过程，从以前的故障状况迅速和可靠地看到未来。
在处理系统30中最好更仔细地检验在1GHz±500MHz范围内的频率，使OFW 7a至7d之间的信息交换在窄带区内进行，而TE产生宽带的信号混合。由此也已经可能作出判别。
当然，在这里所提出的新思想的上述各项特征和实施方案在专业的贸易范围内可以互相组合或与现有技术的特征组合，并不背离新思想的基本观念。对于此新思想要点在于，TE测量可结合借助传感器对开关设备的监控，或可结合借助于一个统一的公共的处理和检测系统在外壳内部的信息传输。

Claims (9)

1．一种带金属外壳的高压或中压开关设备(1)，其具有至少一个装在外壳(5)内腔(4)中的传感器(7a至7d)，该传感器用于检测外壳(5)内部的状态参数并具有一天线(9)，其中，设有一个对准内腔(4)的发射与接收天线(11至11c)，用于与传感器(7a至7d)进行无线信息交换；以及，发射与接收天线(11至11c)同时还用于电磁式地检测内腔(4)中的局部放电。
2．按照权利要求1所述的带金属外壳的开关设备，其中，设有一个与发射与接收天线(11至11b)连接的处理装置(30)，它包括一个用于在局部放电信号与传感器(7a至7d)应答信号之间作出区别的识别装置(40)；以及，在识别到局部放电时产生一个通报信号。
3．按照权利要求2所述的带金属外壳的开关设备，其中，识别装置(40)包括存储器，存储器内存放局部放电信号和/或应答信号的至少特有的局部特征，所检测到的信号与之进行比较。
4．按照权利要求2至3中任一项所述的带金属外壳的开关设备，其中，用于识别局部放电信号的识别装置(40)分析特征频谱和/或特征信号变化曲线，尤其是超出电平。
5．按照权利要求1至4中任一项所述的带金属外壳的开关设备，其中，识别装置(40)将一个在预定时间内检测到的局部放电信息作为无效信息舍弃。
6．按照权利要求5所述的带金属外壳的开关设备，其中，识别装置(40)在舍弃一个信息后重复此信息传输。
7．按照权利要求2至6中任一项所述的带金属外壳的开关设备，其中，用于识别局部放电的识别装置(40)将检测到的信号附加地与传感器(7a至7d)的或保护器的测量信号联结或比较。
8．按照权利要求1至6中任一项所述的带金属外壳的开关设备，其中，一个或多个传感器设计为表面波传感器(7a至7d)。
9．一种带金属外壳的高压或中压波导管(1)，其具有至少两个对准其内腔(4)的发射和接收天线(11至11c)，在两者之间进行信息交换，其中，至少一个发射和接收天线(11至11c)同时用于检测内腔(4)内部的局部放电。
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