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用于操作电气设备的方法和电气设备

阅读:24发布:2021-11-19

专利汇可以提供用于操作电气设备的方法和电气设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开用于操作 流体 绝缘电气设备(1)的方法和装置。电气设备(1)的绝缘流体(10)包括至少两个流体成分(A,B),其是绝缘流体(10)的先验组分。该方法包括对绝缘流体(10)执行至少一个光学测量和/或至少一个气体色谱测量的步骤。使用对绝缘流体(10)的这个测量或者这些测量或者至少一个附加测量,得出第一流体成分(A)的第一浓度(cA)和第二流体成分(B)的第二浓度(cB)。然后,使用第一浓度(cA)和第二浓度(cB)以及有利的绝缘流体(10)的介 电击穿 强度Ebd,来得出电气设备(1)的操作状态(O)。,下面是用于操作电气设备的方法和电气设备专利的具体信息内容。

1. 一种用于操作流体绝缘电气设备(1)、具体是气体绝缘中压或高压开关设备(1)的方法,其中所述电气设备(1)的至少一个间隔(11)中的绝缘流体(10)包括至少第一流体成分(A)和至少第二流体成分(B),所述方法包括执行下列方法要素:
- 对所述绝缘流体(10)执行至少一个光学测量,并且使用所述光学测量来得出所述第一流体成分(A)的第一浓度(cA),和/或
- 执行至少一个气体色谱测量,并且使用所述气体色谱测量来得出所述第一流体成分(A)的第一浓度(cA)或所述第一浓度(cA),
- 得出所述第二流体成分(B)的第二浓度(cB),
- 其中所述第一流体成分(A)和所述第二流体成分(B)不是污染物,以及
- 所述方法还包括使用所述第一浓度(cA)和/或使用所述第二浓度(cB)来得出所述电气设备(1)的操作状态(O)的方法要素。
2. 如权利要求1所述的方法,还包括执行下列方法要素
- 将所述绝缘流体(1)的量填充到所述电气设备(1)的所述间隔(11)中,
其中执行所述光学测量和/或所述气体色谱测量的所述方法要素在采用所述绝缘流体(10)填充所述间隔(11)的所述方法要素期间和/或之后执行。
3. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,执行所述光学测量和/或所述气体色谱测量、得出所述第一浓度(cA)、得出所述第二浓度(cB)以及得出所述操作状态(O)的所述方法要素由所述电气设备(1)来执行。
4. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述第二浓度(cB)使用所述光学测量和/或使用所述气体色谱测量来得出。
5. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述第二浓度(cB)使用密度测量和/或使用所述绝缘流体(10)的压温度测量来得出。
6. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述电气设备(1)的所述操作状态(O)从由下列项所述组成的可能操作状态的编组中选取:
- 正常操作,
- 所述绝缘流体(10)的所有流体成分(A,B)的均匀泄漏
- 所述绝缘流体(10)的流体成分(A,B)的优先泄漏,
- 所述绝缘流体(10)的流体成分(A,B)的凝结或优先凝结,
- 所述绝缘流体(10)的流体成分(A,B)的吸收或优先吸收,
- 所述绝缘流体(10)的一个流体成分(A或B)的反应或优先反应,
- 所述绝缘流体(10)的流体成分(A,B)的分解或优先分解,以及
- 所述绝缘流体(10)中的至少附加流体成分(D)的出现,具体来说,其中所述附加成分(D)是污染物。
7. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,执行所述光学测量和/或所述气体色谱测量、得出所述第一浓度(cA)以及得出所述第二浓度(cB)的所述方法要素重复地、具体每天至少一次、优选地每天至少四次、更优选地每小时至少一次地执行。
8. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,执行所述光学测量和/或所述气体色谱测量、得出所述第一浓度(cA)以及得出所述第二浓度(cB)的所述方法要素在触发事件(G)由所述电气设备接收之后执行。
9. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述第一流体成分(A)从由下列项所组成的组中选取:
- 六氟化硫,
- 部分或完全氟化醚,具体是氢氟醚、氢氟、单醚、包含至少3个原子的氢氟单醚、全氟单醚、或者包含至少4个碳原子的全氟单醚、氟环乙烷、全氟环氧乙烷、氢氟环氧乙烷、包含3至15个碳原子的全氟环氧乙烷、包含3至15个碳原子的氢氟环氧乙烷或者其混合物;
- 部分或完全氟化、具体是氢氟单酮、包含至少5个碳原子的全氟单酮或者包含正好5或6或7或8个碳原子的全氟单酮以及它们的混合物;
- 氟烯;具体是:全氟烯烃、氢氟烯烃(HFO)、包含至少3个碳原子的氢氟烯烃(HFO)、包含正好3个碳原子的氢氟烯烃(HFO)、反-1,3,3,3-四氟-1-丙烯(HFO-1234ze)、
2,3,3,3-四氟-1-丙烯(HFO-1234yf)及其混合物;以及
- 它们的混合物,以及
其中所述第二流体成分(B)从由下列项所组成的组中选取:
- 氮,
- 氧,
- 二氧化碳,
- 氧化氮,
- 二氧化氮,
- 氧化亚氮,
- 氩,
- 甲烷,具体是部分或完全卤化甲烷,具体是四氟甲烷或三氟甲烷,
- 空气,具体是技术空气或合成空气,以及
- 它们的混合物。
10. 如权利要求9所述的方法,其中,所述第一流体成分(A)从由下列项所组成的组中选取:
- 循环和/或脂肪族氟戊酮、优选地为循环和/或脂肪族全氟戊酮、更优选地为
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟-甲基)丁-2-酮,
- 循环和/或脂肪族己酮,优选地为循环和/或脂肪族全氟己酮,更优选地为
1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮,
- 循环和/或脂肪族氟庚酮,优选地为循环和/或脂肪族全氟庚酮,
- 六氟化硫,以及
- 氢氟醚。
11. 如权利要求9至10中的任一项所述的方法,其中,所述第二流体成分(B)包括具 有 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.7、p(O2)/(p(O2)+p(N2))=0.3 与 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.95、p(O2)/(p(O2)+p(N2))=0.05之间的相对部分压力的氮和氧,或者具 有 p(CO2)/(p(O2)+p(CO2))=0.6、p(O2)/(p(O2)+p(CO2))=0.4 与 p(CO2)/(p(O2)+p(CO2))=0.99、p(O2)/(p(O2)+p(CO2))=0.01之间的相对部分压力的二氧化碳,或者
具 有 p(CO2)/(p(N2)+p(CO2))=0.1、p(N2)/(p(N2)+p(CO2))=0.9 与 p(CO2)/(p(N2)+p(CO2))=0.9、p(N2)/(p(N2)+p(CO2))=0.1之间的相对部分压力的二氧化碳和氮,以及
其中所述第一流体成分(A)包括由下列项所组成的组的至少一个:
具有在20℃的温度下的0.1巴与0.7巴之间的部分压力的1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三-氮-甲基)丁-2-酮,
具有在20℃的温度下的0.01巴与0.3巴之间的部分压力的1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三-氟甲基)戊-3-酮,
具有在20℃的温度下的0.1巴与2巴之间的部分压力的六氟化硫,以及
具有在20℃的温度下的0.2巴与1巴之间的部分压力的氢氟醚。
12. 如权利要求9至11中的任一项所述的方法,其中,所述第二流体成分(B)包括具 有 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.75、p(O2)/(p(O2)+p(N2))=0.25 与 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.90、p(O2)/(p(O2)+p(N2))=0.10之间的相对部分压力的氮和氧,以及其中,第一流体成分(A)包括具有0.25巴与0.5巴之间的部分压力的
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三-氟甲基)丁-2-酮和/或具有在20℃的温度下的0.02巴与
0.3巴之间的部分压力的流体成分1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮。
13. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述操作测量对所述间隔(11)中的所述绝缘流体(10)来执行。
14. 如权利要求1至12中的任一项所述的方法,还包括在执行所述光学测量和/或所述氧化色谱测量之前具体通过所述电气设备(1)从所述污染物(11)中提取所述绝缘流体(10)的量的方法要素,其中所述光学测量和/或所述气体色谱测量对所述所提取量的所述绝缘流体(10)来执行。
15. 如权利要求14所述的方法,还包括执行下列方法要素
- 在执行所述光学和/或所述气体色谱测量之后具体通过所述电气设备(1)将所述所提取量的所述绝缘流体(10)的至少一部分再注入所述间隔(11)中。
16. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,执行所述光学测量和/或所述气体色谱测量、得出所述第一浓度(cA)以及得出所述第二浓度(cB)的所述方法要素对所述电气设备(1)的多个间隔(11)来执行,并且其中所述第一浓度(cA)和所述第二浓度(cB)对所述间隔(11)的每个来得出。
17. 如权利要求16所述的方法,其中,执行所述光学测量的所述方法要素由至少一个光学传感器(20)来执行,和/或执行所述气体色谱测量的所述方法要素由至少一个气体色谱仪(30)来执行,以及具体来说,光学传感器(20)和气体色谱仪(30)的总数小于或等于所述间隔(11)的总数。
18. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述电气设备(1)包括用于执行所述光学测量的光学传感器(20)或所述光学传感器(20),其中所述光学传感器(20)包括用于接收所述绝缘流体(10)的至少一部分的测量池(21),并且所述光学传感器(20)还包括一个或多个体积光学组件和/或一个或多个光纤组件。
19. 如权利要求18所述的方法,其中,所述光学传感器(20)的所述测量池(21)至少部分由所述电气设备(1)的所述间隔(11)的一部分来形成。
20. 如权利要求16至17以及权利要求18至19中的任一项所述的方法,其中,至少一个光学传感器(20)用于执行所述间隔(11)的每个的所述光学测量。
21. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述光学测量由光学传感器(20)来执行,以及所述光学传感器(20)的至少一部分、具体是所述光学传感器(20)的测量池(21)通过优选地采取保护盖板(500)或保护盖管的形式的绝缘流体可渗透保护盖(500)、具体是绝缘流体可渗透但微粒不可渗透保护盖(500)与所述电气设备(1)的所述间隔(11)分隔。
22. 如权利要求21所述的方法,其中,所述保护盖(500)包括由下列项所述组成的组的至少一个:
* 烧结材料,
* 多孔材料,具体是多孔金属,
* 纱网,
* 网格,
* 隔膜,具体包括聚合物材料,以及
* 它们的组合。
23. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,光学测量或所述光学测量包括:在第一波长的光学测量束以及在没有被所述第一流体成分(A)、具体是氟酮吸收的第二波长的光学参考束。
24. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,还包括执行下列方法要素
- 具体在执行所述光学测量和/或所述气体色谱测量之前循环所述绝缘流体(10),以用于使所述第一和第二流体成分(A,B)的密度均质。
25. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,还包括执行下列方法要素
- 具体在执行所述光学测量和/或所述氧化色谱测量之前将所述第一流体成分(A)与所述第二流体成分(B)混合,以用于使所述第一和第二流体成分(A,B)的混合物均质。
26. 如权利要求25所述的方法,其中,混合所述至少两个流体成分(A,B)的所述方法要素包括所述至少两个流体成分(A,B)的层流的扰动,以用于引入涡流
27. 如权利要求26所述的方法,其中,所述层流的扰动通过包括由下列项的编组的至少一个的气体搅拌器(339)来执行
- 管混合器(370,380),具体包括挡板(371)、具体为多个挡板(371),和/或包括穿孔汲取管(381),
- 旋转混合器(305),具体包括扇(305a)、具体是可折叠风扇(305a),- 对流混合器(307),具体包括加热器(52),
- 辐射混合器(390),具体包括UV光源(391)或IR光源(391),
- 体积混合器(400),具体包括可扩大体积(401)、具体是气动可扩大体积(401),- 旁路混合器(410),以及
- 它们的组合。
28. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,还包括执行下列方法要素
- 检测和/或跟踪至少一个污染物和/或
- 区分至少两个污染物,
由此使用由下列项所述组成的组的至少一个:
* 所述光学测量,
* 附加光学测量,
* 所述气体色谱测量,
* 附加气体色谱测量,以及
* 与质谱测量相结合的所述附加气体色谱测量或附加气体色谱测量。
29. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,还包括执行下列方法要素
- 具体按照下式、使用所述第一浓度(cA)并且使用所述第二浓度(cB)来得出所述绝缘流体(10)的介电击穿强度Ebd
其中Ecrit,A和Ecrit,B是所述流体成分A和B的流体成分特定临界场强度;cA和cB是所述第一和第二流体成分A和B的所述第一和第二浓度;S(cA,cB)是协同参数;以及i是所述流体成分A和B的索引,并且具体来说,其中所述操作状态(O)使用所述绝缘流体(10)的所述介电击穿强度Ebd来来得出。
30. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述绝缘流体(10)包括不是污染物的至少第三流体成分(C),并且所述方法还包括通过使用由下列项所述组成的组的至少一个来得出所述第三流体成分(C)的方法要素:
* 所述光学测量,
* 附加光学测量,
* 所述气体色谱测量,以及
* 附加气体色谱测量。
31. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述光学测量包括具体在500 cm-1与1500 cm-1之间的至少一个波数和/或在200 nm与400 nm之间的至少一个波长、优选地在600 cm-1与800 cm-1之间和/或在940 cm-1与1050 cm-1之间和/或在1100 cm-1与1400 cm-1之间和/或在1750 cm-1与1850 cm-1之间的至少一个波数和/或在
225 nm与375 nm之间的至少一个波长的吸收测量。
32. 如权利要求31所述的方法,其中,所述吸收测量通过光腔衰荡分光镜分光镜、兰伯特-比尔分光镜、多路分光镜、单波长紫外分光镜、单波长红外分光镜、傅立叶变换红外分光镜、拉曼分光镜或者光声分光镜来执行。
33. 如权利要求31至32中的任一项所述的方法,其中,吸收信号全宽半高在1巴与10-1 -1
巴之间的绝缘流体压力并且在20℃的绝缘流体温度下处于40 cm 与120 cm 之间和/或
50 nm与100 nm之间。
34. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述光学测量包括具体在350 nm与600 nm之间的至少一个荧光发射波长的荧光发射测量。
35. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述方法在所述电气设备(1)的常规操作期间执行。
36. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,在所述光学测量和/或所述气体色谱测量的执行期间的所述间隔(11)中的所述绝缘流体(10)的压力是所述电气设备(10)的工作压力,以及具体来说,所述绝缘流体的压力在20℃的绝缘流体温度下>1巴、更具体>3巴、更具体>5巴。
37. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,在所述光学测量和/或所述气体色谱测量的执行期间对所述电气设备(10)的带电部分(60)来施加具体>1 kV、优选地>50 kV的工作电压
38. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述气体色谱测量通过多柱气体色谱仪(30)来执行。
39. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,还包括由下列项所述的组的至少一个方法要素:
- 通过将所述第一流体成分(A)的量从成分储液器(50)注入所述间隔(11)来增加所述第一流体成分(A)的所述第一浓度(cA),
- 通过将所述第二流体成分(B)的量从成分储液器(50)注入所述间隔(11)来增加所述第二流体成分(B)的所述第二浓度(cB),
- 具体通过过滤器(51)来降低所述绝缘流体(10)中的至少一个污染物的浓度,- 具体通过加热器(52),来蒸发凝结量的所述第一和/或第二流体成分(A,B),以及- 具体通过冷却器(53),来凝结所述第一和/或所述第二流体成分(A,B)和/或污染物的量。
40. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述第一流体成分(A)和所述第二流体成分(B)是所述绝缘流体(10)的预计组分。
41. 如以上权利要求中的任一项所述的方法,包括执行下列附加方法要素- 测量所述电气设备(1)的所述间隔(11)中的湿度,
具体使用下列项的编组的至少一个
* 电容湿度传感器(700),
* 电阻湿度传感器(700),
* 涂敷有吸湿层的振荡谐振器(700),
* 热导传感器(700),
* 光学传感器(700,20)或所述光学传感器(700,20),
* 以及它们的组合。
42. 如权利要求6和权利要求41所述的方法,其中,可能操作状态的编组还包括- 因所述绝缘流体(10)中的过高湿度平而不可操作,以及
- 降低绝缘流体(10)中的湿度水平所需的气体保持。
43. 一种电气设备(1)、具体是氧化绝缘中压或高压开关设备,包括
至少一个间隔(11),填充有包括具有第一浓度(cA)的至少第一流体成分(A)以及具有第二浓度(cB)的至少第二流体成分(B)的绝缘流体(10),
用于执行指示所述第一浓度(cA)的光学测量的光学传感器(20)和/或用于执行指示所述第一浓度(cA)的气体色谱测量的气体色谱仪(30),以及
分析和控制单元(40),用于执行如权利要求1-42中的任一项所述的方法的步骤。
44. 如权利要求43所述的电气设备(1),还包括界面(41),以用于将所述电气设备(1)连接到外部绝缘流体填充装置(42)并且用于将所述第一和第二浓度(cA,cB)传送给所述绝缘流体填充装置(42)。
45. 如权利要求43至44中的任一项所述的电气设备(1),还包括绝缘流体端口(600)、具体是自行密封绝缘流体端口(600),
其中所述绝缘流体端口(600)与所述电气设备(1)的所述间隔(11)流体连通,以及所述光学传感器(20)和/或所述气体色谱仪(30)适合通过所述绝缘流体端口(600)可连接、具体可逆地可连接到所述电气设备(1)的所述间隔(11)。
46. 一种输电网(200)、具体是中压或高压输电网(200),包括如权利要求43至45中的任一项所述的电气设备(1)。
47. 一种包括计算机程序代码部件的计算机程序要素,所述计算机程序代码部件由处理单元运行时实现如权利要求1至42中的任一项所述的方法。

说明书全文

用于操作电气设备的方法和电气设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于操作流体绝缘电气设备的方法。此外,它涉及具有实现这种方法的分析和控制单元的这种电气设备以及包括这种电气设备的输电网

背景技术

[0002] 液体和/或气体状态(即,流体)的介电绝缘介质广泛地应用于绝缘多种电气设备、例如开关设备和变压器中的带电部分。例如,中压或高压金属封装开关设备中的带电部分设置在气密间隔中,其以数巴的压来包封绝缘气体,这将设备的间隔与带电部分电分隔。换言之,绝缘气体不允许电流从带电部分传递到间隔。常用介电绝缘气体是六氟化硫(SF6),其呈现优良绝缘和灭弧能力。但是,SF6是温室效应的强促成因素,并且因而具有高全球变暖潜能值。因此,应当找到备选绝缘流体。
[0003] 已经识别若干备选绝缘流体。这些备选中的一部分包括多分成流体混合物,即,它们包含一种以上分子或原子种类。发现这类绝缘流体混合物的某些性质对于电气设备的安全操作是切实可行的。作为示例,绝缘流体的介电击穿强度与混合物成分的浓度比以及与总流体压力极为相关。为了保持混合物的绝缘特征以及因而保持电气设备的安全性和功能性,绝缘流体的不同流体成分的浓度以及流体中的微粒的总数必须保持恒定或者至少在某些边界之内保持恒定。此外,需要确保绝缘气体混合物的某个纯度平。为此,传感器装置用于绝缘流体的离线监测。
[0004] US 2002/0095262 A1和US 7184895 B2描述用于监测由至少两个成分所组成的气体绝缘介质中的成分的比例的方法和装置。
[0005] R. Kurte 等 人 的 发 表 物“Application of infrared spectroscopy to monitoring gas insulated high-voltage equipment: electrode material-dependent SF6 decomposition”(Anal. Bioanal. Chem. (2002) 373:639-646)描述红外光谱系统用来确定来自SF6绝缘放电室中的放电的污染物。
[0006] US 5218212 A公开一种在光学上检测流体的化学变化的装置。
[0007] US 2008/135817 A1公开一种具有低全球变暖潜能值的气体介电化合物。
[0008] US 4052555 A公开气体介电组成。
[0009] DE 202009009305 U1公开一种具有绝缘介质的电气开关设备。
[0010] GB 2126790 A公开一种三相断路器面板。
[0011] 但是,所公开方法和装置的缺点在于,它们没有监测多成分绝缘流体,并且没有得出电气设备的操作状态或者各种操作状态。

发明内容

[0012] 因此,本发明的一般目的是提供一种用于操作电气设备的改进方法。本发明的另一目的是提供一种实现这种操作方法的电气设备。本发明的又一目的是提供一种包括这种电气设备的输电网。本发明的又一目的是提供一种实现这种方法的计算机程序要素。
[0013] 这些目的通过独立权利要求的方法和装置来实现。
[0014] 相应地,一种用于操作流体绝缘电气设备(例如气体绝缘中压或高压开关设备、气体绝缘线路或者气体绝缘变压器)的方法包括对电气设备的绝缘流体执行至少一个光学测量和/或至少一个气体色谱测量。在光学测量以及化色谱测量的情况下,测量能够同时或者相继执行。
[0015] 本文中的术语“光学测量”涉及包括绝缘流体原子或分子与光子之间的相互作用的绝缘流体的物理性质的实验量化。示例为- 通过例如在例如0.2微米(μm)与20微米(μm)之间的至少一个光子波长的多路分光镜的光学吸收测量,或者
- 例如在100 nm与400 nm之间的至少一个荧光激发波长和/或在350 nm与600 nm之间的至少一个荧光发射波长的荧光测量。
[0016] - 通过例如在0.2 μm与20 μm之间的范围中的光学激发、之后接着使用例如话筒对绝缘流体的声响应的检测的光声测量。
[0017] 本文中的术语“气体色谱测量”涉及包含绝缘流体和运载流体(称作“移动相”)的原子或分子与固定材料(称作“固相”)之间的相互作用的绝缘流体的至少一个流体成分的物理性质(例如保留时间)的实验量化。这个固相例如能够位于气体色谱柱中。
[0018] 绝缘流体包括至少两个流体成分A和B,即,它包括至少第一流体成分A和第二流体成分B的混合物。这个/这些流体成分A和/或B在电气设备的正常工作条件(例如房间温度和压力)下能够是液体和/或气体,例如,流体成分B能够是空气或技术空气,以及流体成分A例如能够是部分或完全氟化氟C5、C6或C7其中之一(参见以下定义)。绝缘流体包封在电气设备的至少一个间隔中,以用于绝缘例如电气设备的带电部分。
[0019] 在实施例中,第一流体成分A的分子量与第二流体成分B的分子量相差具体为至少2倍、具体为至少5倍。
[0020] 然后,第一绝缘流体的第一流体成分A的第一浓度使用光学测量来得出(第一选项)。如果使用气体色谱测量(第二选项,作为替代或补充),则第一流体成分A的第一浓度或所述第一浓度使用气体色谱测量来得出。
[0021] 此外,得出绝缘流体的第二流体成分B的第二浓度。
[0022] 流体成分A和B不是污染物(例如来自例如绝缘流体或者电气设备的其他部分的分解产物),具体来说它们是绝缘流体的预计组分。本文中的术语“污染物”或“分解产物”涉及不是绝缘流体的先验或预期组分的化学物质或混合物。作为示例,由于电气设备的操作期间的高压电弧或部分放电,这类污染物能够从绝缘流体的原始存在流体成分来产生。换言之,污染物是化学物质,其不是特意存在于电气设备的绝缘流体中。
[0023] 本文中的术语“浓度”定义- 指示每体积单位的量、例如每体积单元的粒子数、每体积单位的摩尔或者数密度的量(具有单位),或者
- 指示比率、例如摩尔分数、压力归一化部分压力、体积分数、质量分数和密度分数的数量(没有单位)。
[0024] 然后,电气设备的操作状态使用绝缘流体混合物的第一流体成分的第一浓度并且使用绝缘流体混合物的第二流体成分的第二浓度来得出。
[0025] 本文中的术语“操作状态”涉及指示其对正常、即未扰动操作的可用性的电气设备的状态。电气设备的操作状态能够从多个可能操作状态中选取。电气设备的可能操作状态例如能够包括“操作”和“故障”。因此,电气设备的当前操作状态能够使用绝缘流体的第一和第一流体成分的浓度来确定,以及可选地能够根据电气设备的操作状态采取其他措施(例如紧急关闭)。
[0026] 在一实施例中,该方法还包括采用绝缘流体至少部分填充或补充间隔。这个步骤例如能够在电气设备的调试、即安装期间或者在电气设备的维护期间执行。然后,执行光学测量和/或气体色谱测量的步骤在间隔的填充或补充期间和/或之后执行。因此,(一个或多个)测量能够对用于电气设备的实际操作的绝缘流体来执行。因此,潜在测量误差降低,因为(一个或多个)测量在填充之间、在电气设备中而不仅是对绝缘流体进行。
[0027] 在一实施例中,光学测量和/或气体色谱测量、第一浓度的得出、第二浓度的得出和操作状态的得出由电气设备本身执行。换言之,没有独立传感器装置或其他测量单元是必需的,但是所有所需传感器和处理单元是电气设备的持久部分。因此,电气设备提供“自行诊断”或“自行监测”功能性,因而降低维护工作量和成本。此外,较少附加设备需要携带到站点用于调试或维护。
[0028] 在另一个实施例中,光学测量和/或气体色谱测量、第一浓度的得出、第二浓度的得出和操作状态的得出中的至少一个或全部在电气设备的附加装置中执行。附加装置可持久或暂时安装在电气设备。附加装置也可以是独立装置,其如测量或监测可要求地可连接到电气设备,例如,附加或独立装置可以是液体地可连接的,即,可连接以将用于分析的样本(例如在一示范实施例中经由自行密封绝缘流体端口)提取到至少一个或每个封装间隔,和/或可以电气地或者经由数据传输线可连接到电气设备或GIS(氧化绝缘开关设备)或变电站的控制单元。
[0029] 在另一个实施例中,绝缘流体的第二流体成分B的第二浓度还使用光学测量和/或使用气体色谱测量来得出。因此,不需要其他测量,并且成本和复杂度降低。
[0030] 作为替代或补充,绝缘流体的第二流体成分B的第二浓度使用密度测量或者使用绝缘流体的压力和温度测量来得出(或者还推导到已经得出的第二浓度值)。因此,采用附加测量原则,以及使用不同测量所得出的第二浓度值能够可选地相互比较。因此,能够降低潜在测量误差,并且增强可靠性。
[0031] 在压力和/或温度和/或密度测量的情况下,得出第二浓度的步骤能够包括使用状态的方程(即,“描述给定物理条件集合下的物态的热力学方程”(来自如于2012年5月3日访问的http://en.wikipedia.org/wiki/Equation_of_state)),其例如从由下列项所组成的组中选取
- 理想气体定律,即,pV=nRT,其中p是绝对压力,V是体积,n是分子的数量(通常以摩尔来表达),R是理想气体常数,以及T是绝对温度,
- 状态的范德瓦尔斯方程,即,(p+a/Vm2)(Vm-b)=RT,其中vM是摩尔体积,以及a、b是相应绝缘流体成分的物质相关参数,
- 状态的维里方程,即,pVm/(RT) = 1 + B(T)/Vm + C(T)/Vm2 + D(T)/Vm3 + …,其中B(T)、C(T)、D(T)、…是与分子之间的相互作用对应的温度相关项,
- 状态的贝蒂-布里奇曼方程,即,p = RuT/(Vm2)(1-c/(VmT3))(Vm+B)-A/(Vm2),其中A = A0(1-a/Vm)、B = B0(1-b/Vm),Ru是采取形式Ru = 8.314 kPa m3/(kmol K)的气体常数,Vm是摩尔体积,以及a、b、A0和B0是相应绝缘流体成分的物质特定参数,以及- 状态的彭-鲁宾逊方程,即,p= RT/(Vm-e) – d(T)/(Vm(Vm+e) + e(Vm-e)),其中d(T)和e是经验参数。
[0032] 当使用除了理想气体定律之外的状态的方程时,气体的行为能够比单独采用理想气体定律更好地预测,并且预测能够扩展到液体。这通过放入描述分子之间的吸收和排斥的项以及引起摩尔体积的减小的分子体积本身是可能的。
[0033] 在另一个实施例中,电气设备的操作状态从由下列项所组成的可能操作状态的编组中选取- 电气设备的正常、即未扰动操作,
- 绝缘流体的均匀泄漏,即,从电气设备的间隔的绝缘流体的流体成分无关损失,- 绝缘流体的一个流体成分(A或B)的优先泄漏,即,与其他流体成分相比的一个流体成分的增加损失,因而引起绝缘流体的混合比的变化,
- 绝缘流体的一个液体成分的凝结或优先凝结,例如,绝缘流体仅一个或者至少优先的一个流体成分(A或B)从气体到液体状态(或者反之)的状态转变,
- 例如在电气设备的组件上、例如在电气设备的组件的内表面上的绝缘流体的一个流体成分(A或B)的吸收或优先吸收,
- 绝缘流体的一个流体成分(A或B)例如与电气设备的组件、例如与密封材料的反应或优先反应,
- 因电弧、部分放电、蒸发、光、高温和/或流体成分(A和/或B)的至少一个与电气设备的材料的反应引起的绝缘流体中至少一个新流体成分的出现,具体来说,其中新流体成分是污染物,以及
- 因电弧、部分放电、光、高温和/或流体成分(A和/或B)的至少一个与电气设备中的材料的反应引起的绝缘流体的至少一个流体成分(A和/或B)的分解或优先分解。
[0034] 因此,能够区分电气设备的多个不同故障情形,并且简化失灵情况下的故障排除。
[0035] 其他可选的可能操作状态是或者包括- 绝缘流体的至少两个流体成分(A、B)的分子之间的分子间反应,
- 例如因到表面上的吸附引起的绝缘流体的至少两个流体成分(A、B)的至少一个的去除,
- 因绝缘流体中的过高湿度水平而不可操作,以及
- 降低绝缘流体中的湿度水平所需的气体保持。
[0036] 最后两个操作状态要求对例如测量所得到的电气设备的间隔中的湿度的知识。
[0037] 因此,能够区分电气设备的甚至更多不同故障情形,并且改进和/或简化失灵情况下的故障排除。
[0038] 在另一个实施例中,光学测量和/或气体色谱测量、第一和第二浓度的得出以及—可选的—操作状态的得出例如每天至少一次、优选地每天至少四次、更优选地每小时一次重复执行。因此,有可能得出对较长时间周期的趋势,由此改进和/或简化失灵和预测和故障排除。作为替代或补充,在方法的另一个实施例中,上述步骤在触发事件由电气设备例如从较高分级结构监测装置来接收时执行(“轮询”)。因此,电气设备的状态的按需查询成为可能。
[0039] 在方法的另一个实施例中,第一流体成分A从由下列项所述组成的组中选取:- 六氟化硫,
- 部分或完全氟化醚,具体是氢氟醚、氢氟、单醚、包含至少3个原子的氢氟单醚、全氟单醚、或者包含至少4个碳原子的全氟单醚、氟环氧乙烷、全氟环氧乙烷、氢氟环氧乙烷、包含3至15个碳原子的全氟环氧乙烷、包含3至15个碳原子的氢氟环氧乙烷或者其混合物,
- 部分或完全氟化酮、具体是氢氟单酮、包含至少5个碳原子的全氟单酮或者包含正好5或6或7或8个碳原子的全氟单酮以及它们的混合物,
- 氟烯;具体是:全氟烯烃、氢氟烯烃(HFO)、包含至少3个碳原子的氢氟烯烃(HFO)、包含正好3个碳原子的氢氟烯烃(HFO)、反-1,3,3,3-四氟-1-丙烯(HFO-1234ze)、
2,3,3,3-四氟-1-丙烯(HFO-1234yf)及其混合物;以及
- 它们的混合物。
[0040] 第二流体成分B从由下列项所组成的组中选取:- 氮,
- 氧,
- 二氧化碳,
- 氧化氮,
- 二氧化氮,
- 氧化亚氮,
- 氩,
- 甲烷,具体是部分或完全卤化甲烷,具体是四氟甲烷或三氟甲烷,
- 空气,具体是技术空气或合成空气或自然空气,以及
- 它们的混合物。
[0041] 因此,能够对电气设备的绝缘流体实现改进绝缘性能。
[0042] 在实施例中,第一流体成分A从由下列项所组成的组中选取:- 循环和/或脂肪族氟戊酮、优选地为循环和/或脂肪族全氟戊酮、更优选地为
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟-甲基)丁-2-酮,
- 循环和/或脂肪族己酮,优选地为循环和/或脂肪族全氟己酮,更优选地为
1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮,
- 循环和/或脂肪族氟庚酮,优选地为循环和/或脂肪族全氟庚酮,
- 六氟化硫,以及
- 氢氟醚。
[0043] 因此,能够对电气设备的绝缘流体实现改进绝缘性能。
[0044] 在另一个实施例中,第二流体成分B包括具 有 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.7、p(O2)/(p(O2)+ p(N2))=0.3 与 p(N2)/
(p(O2)+p(N2))=0.95、p(O2)/(p(O2)+ p(N2))=0.05之间的相对部分压力的氮和氧,或者具 有 p(CO2)/(p(O2)+p(CO2))=0.6、p(O2)/ (p(O2)+p(CO2))=0.4 与 p(CO2)/(p(O2)+p(CO2))=0.99、p(O2)/ (p(O2)+ p(CO2))=0.01之间的相对部分压力的二氧化碳,或者
具 有 p(CO2)/(p(N2)+p(CO2))=0.1、p(N2)/(p(N2)+p(CO2))=0.9 与 p(CO2)/(p(N2)+p(CO2))=0.9、p(N2)/(p(N2)+p(CO2))=0.1之间的相对部分压力的二氧化碳和氮。
[0045] 第一流体成分A包括由下列项所组成的组的至少一个:具有在20℃(摄氏度)的温度下的0.1巴与0.7巴之间的部分压力的
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三-氮-甲基)丁-2-酮,
具有在20℃的温度下的0.01巴与0.3巴之间的部分压力的1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三-氟甲基)戊-3-酮,
具有在20℃的温度下的0.1巴与2巴之间的部分压力的六氟化硫,以及
具有在20℃的温度下的0.2巴与1巴之间的部分压力的氢氟醚。
[0046] 因此,能够对电气设备的绝缘流体实现改进绝缘性能。
[0047] 在另一个实施例中,第二流体成分B包括具 有 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.75、p(O2)/(p(O2)+ p(N2))=0.25 与 p(N2)/(p(O2)+p(N2))=0.90、p(O2)/(p(O2)+ p(N2))=0.10之间的相对部分压力的氮和氧,以及其中,第一流体成分(A)包括具有0.25巴与0.5巴之间的部分压力的
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三-氟甲基)丁-2-酮和/或具有在20℃的温度下的0.02巴与
0.3巴之间的部分压力的流体成分1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮。
[0048] 因此,能够对电气设备的绝缘流体实现改进绝缘性能。
[0049] 在一实施例中,对间隔中的绝缘流体执行光学测量。换言之,对于或者在执行光学测量之前不需要从电气设备的间隔来提取绝缘流体。因此,对于光学测量没有损失绝缘流体,节省成本,并且能够延长没有再填充绝缘流体的操作周期。
[0050] 在一备选实施例中,在执行光学测量和/或气体色谱测量之前,从电气设备的间隔来提取绝缘流体的量(例如,较小量,例如在1巴的1 ml)。然后,对所提取的绝缘流体量执行光学测量和/或气体色谱测量。因此,(一个或多个)测量能够在间隔外部执行,因而简化电气设备的装备,因为没有测量装置需要引入间隔中。
[0051] 然后—在(一个或多个)测量之后—所提取的绝缘流体量的至少一部分能够可选地再注入间隔中并且收集供处置。因此,绝缘液体能够(至少部分)按照环境友好方式再使用和/或处置,因而节省成本并且降低环境影响。
[0052] 在另一个实施例中,光学测量和/或气体色谱测量、第一浓度的得出和第二浓度的得出对电气设备的多个间隔来执行。换言之,电气设备的一个以上间隔包封绝缘流体的独立体积。间隔相互之间至少部分密封。然后,测量对间隔的每个单独执行,以及第二浓度对间隔的每个单独得出。然后,电气设备的单个操作状态能够使用不同间隔中的第一和第二浓度来得出。因此,多个间隔中的绝缘流体的监测成为可能。
[0053] 在实施例中,(一个或多个)光学测量由电气设备的至少一个光学传感器来执行,和/或(一个或多个)气体色谱测量由电气设备的至少一个来执行。有利地,光学传感器和气体色谱仪的总数少于或等于电气设备的间隔的总数。换言之,例如,一个光学传感器和/或气体色谱仪能够用于进行所有间隔的测量(复用)。因此,复杂度和成本降低。
[0054] 在方法的另一个实施例中,电气设备包括用于执行光学测量的光学传感器或所述光学传感器。为此,光学传感器包括一个或多个体积光学组件(例如透镜、过滤器、反射镜、分束器等)和/或一个或多个光纤光学组件(例如实芯光纤、空芯光纤、光管等)以及用于接纳绝缘流体的量的测量池。因此,能够对绝缘流体采用多个光学测量原则,例如,上述间隔的每个能够包括用于对相应间隔中的绝缘流体执行荧光测量的光纤荧光传感器。
[0055] 在实施例中,测量池或者—在多个测量池的情况下—多个测量池至少部分由电气设备的(一个或多个)间隔来形成。因此,不需要独立测量池,并且简化电气设备的装备。
[0056] 在实施例中,至少一个光学传感器用于执行间隔或者每个间隔中的光学测量。因此,对电气设备的每一个间隔中的绝缘流体的光学测量能够单独执行。
[0057] 在光学测量由光学传感器来执行的其他实施例中,光学传感器的至少一部分、具体来说光学传感器的测量池通过绝缘流体可渗透保护盖、具体是绝缘液体可渗透而微粒不可渗透保护盖与电气设备的间隔分隔。这个保护盖适合保护光学传感器免受微粒污染。另外,如果形成污染物、例如分解气体(其可损坏光学传感器),则能够提供保护部件、例如气体吸收器(例如包括沸石)。
[0058] 在具有这种保护盖的实施例中,保护盖包括下列项的编组的至少一个:* 烧结材料,
* 多孔材料,例如多孔金属,
* 纱网,
* 网格,
* 隔膜,具体包括聚合物材料,以及
* 它们的组合。
[0059] 因此,更易于实现绝缘流体可渗透但微粒不可渗透保护盖。
[0060] 在其他实施例中,光学测量或所述光学测量包括在第一波长(例如,其由第一流体成分(A)来修改、具体来说是吸收)的光学测量通道以及在第二波长(其没有被第一流体成分(A)修改、具体来说是吸收)的光学参考通道。
[0061] 因此,不利地影响光学测量的因素,例如• 光源发射漂移(波长和强度,例如由于老化、内部温度和周围温度)
• 光纤传输变化(例如,由于弯曲损失、光纤的物理移动、应力、温度)
• 在光学连接器的传输变化(例如由于物理移动、机械震动、振动、应力、温度)• 在光学界面的传输变化(例如由于污染)
• 光学检测器不稳定性(例如由于老化)
• 分析器电子器件不稳定性(例如受到电磁干扰影响或者由于老化)
更易于校正。因此,能够改进光学测量的准确性和可靠性。
[0062] 在另一个实施例中,循环绝缘流体,用于具体在执行光学测量和/或氧化色谱测量之前使密度和/或其第一和第二流体组件的混合物均质。因此,改进或简化平均流体成分浓度的推导(其与局部浓度偏差不太相关)。
[0063] 在另一个实施例中,混合绝缘流体的第一流体成分和第二流体成分,用于具体在执行光学测量和/或气体色谱测量之前使第一和第二流体成分的混合物均质。因此,改进绝缘性质。
[0064] 在这里应当注意,有可能在采用绝缘流体对电气设备的间隔的填充/再填充期间执行这个混合方法要素,即,第一和第二流体成分能够并行地但未混合或者甚至依次地填充到间隔中,并且在其中混合。作为一个备选方案,第一和第二流体成分能够在电气设备的间隔外部预先混合,并且填充到这个间隔中。
[0065] 作为替代或补充,也有可能在电气设备的操作期间、例如按照常规间隔(例如每天一次或者每小时一次)和/或在采取特定动作之后(例如在开关动作之后)执行上述混合方法要素。混合方法要素也能够通过某些操作状态、例如通过一个流体成分的优先凝结来触发。因此,绝缘流体能够再混合,以用于加强绝缘流体的绝缘性质。
[0066] 在包括这种混合方法要素的一实施例中,混合至少两个流体成分的方法要素包括至少两个流体成分的层流的扰动。因此,引入涡流。换言之,将动量传递给至少两个流体成分的微粒,因此扰动层流,并且形成涡流。因此,至少两个流体成分更透彻地混合,这产生绝缘流体的更均质混合物。因此,使间隔中的混合物均质,并且能够改进绝缘性质。
[0067] 有利地,能够使用用于扰动层流、即用于传递动量的不同部件(“混合部件”)。在实施例中,涡流的创建通过包括下列项的编组的至少一个的气体搅拌器来实现- 管混合器,具体包括挡板、具体为多个挡板,和/或包括穿孔汲取管,- 旋转混合器,具体包括扇、具体是可折叠风扇,
- 对流混合器,具体包括加热器,
- 辐射混合器,具体包括UV光源或IR光源,
- 体积混合器,具体包括可扩大体积、具体是气动可扩大体积,
- 旁路混合器,以及
- 它们的组合。
[0068] 在实施例中,其他设计例如也能够依靠推进器或类似运动部件、叶片、桨叶、螺旋管。本文中还能够使用引起涡流的静态阻挡物,例如格栅、网格、偏转器、多孔结构、螺旋管等。
[0069] 所有这些混合部件也能够用来对气体去分层,并且去除浓度和温度梯度。
[0070] 在另一个实施例中,该方法还包括执行下列方法要素- 检测和/或跟踪至少一个污染物和/或
区分至少两个污染物。这使用下列项来实现
* 光学测量,和/或
* 附加光学测量(例如在不同波长),和/或
* 气体色谱测量,和/或
* 附加气体色谱测量(例如使用至少一个不同柱),和/或
* 所述附加气体色谱测量或附加气体色谱测量与质谱测量(例如对于通过附加气体色谱测量或所述附加气体色谱测量所分隔的流体成分)结合。
[0071] 因此,污染物能够更易于检测和/或辨别,以及电气设备的操作状态能够考虑这个污染物或这些污染物来更可靠地得出。
[0072] 在一实施例中,该方法还包括使用第一浓度并且使用第二浓度、例如通过使用下式来得出绝缘流体的介电击穿强度Ebd的步骤其中和是Ecrit,A和Ecrit,B是第一流体成分A和第二流体成分B的流体成分特定临界场强度;cA和cB是第一和第二流体成分A和B的第一和第二浓度;S(cA, cB)是协同参数;以及i是流体成分A和B的索引。然后,操作状态能够有利地使用绝缘流体的介电击穿强度Ebd来得出。因此,操作状态的更可靠推导成为可能。
[0073] 在另一个实施例中,该方法还包括使用下列项来得出绝缘流体至少第三流体成分C(其不是污染物,即,其意味着是绝缘流体的成分)的至少第三浓度的步骤* 光学测量,和/或
* 附加光学测量,和/或
* 气体色谱测量,和/或
* 附加气体色谱测量。
[0074] 因此,能够使用超过两个流体成分的绝缘流体。
[0075] 在另一个实施例中,光学测量包括至少一个波数(或波长)、即在单个波数(或波长)或者在波数区域(或者波长区域)的光学吸收测量或者光学荧光测量。取决于流体成-1 -1分的光学性质,适当波数(对于IR)或波长(对于UV)分别在500 cm 与1500 cm 之间-1 -1
和/或200 nm与400 nm之间。IR的优选波数是在600 cm 与800 cm 之间和/或在940 -1 -1 -1 -1 -1 -1
cm 与1050 cm 之间和/或在1100 cm 与1400 cm 之间和/或在1750 cm 与1850 cm之间。优选UV波长是在225 nm与375 nm之间。在1巴与10巴之间的绝缘流体压力以及在20℃的绝缘流体温度下,优选吸收信号全宽半高(即,吸收信号的FWHM)对于IR吸收测-1 -1
量是在40 cm 与120 cm 之间和/或对于UV吸收测量是在50 nm与100 nm之间。因此,简化(一个或多个)流体成分浓度的推导。
[0076] 在实施例中,吸收测量能够通过光腔衰荡分光镜(参见例如于2012年5月3日所访问的http://en.wikipedia.org/wiki/Cavity_ring-down_spectroscopy)、兰伯特-比尔分光镜(参见例如于2012年5月3日所访问的http://en.wiki-pedia.org/wiki/File:IR_spectroscopy_apparatus.svg)、多路分光镜、单波长(非连续区)紫外分光镜、单波长(非连续区)红外分光镜、傅立叶变换红外分光镜(参见例如于2012年5月3日所访问的http://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transform_spectroscopy)、拉曼分光镜(参见例如于2012年5月3日所访问的http://en.wikipedia.org/wiki/Raman_spectroscopy)或者光声分光镜(参见例如于2012年6月6日所访问的http://en.wikipedia.org/wiki/Photoacoustic_spectroscopy)来执行。所有方法能够在色散和非色散来执行。因此,光学吸收测量更易于执行。
[0077] 在另一个实施例中,光学测量包括具体在200 nm与400 nm之间的至少一个荧光激发波长和/或在350 nm与600 nm之间的至少一个荧光发射波长的荧光发射测量。因此,简化(一个或多个)流体成分浓度的推导。
[0078] 大体上,带电部分的触点之间的燃弧还可充当用于光学测量的光源,作为独立光源的补充或者作为唯一光源。作为示例,这种燃弧发射宽波长范围中、也在上述UV区域中的电磁辐射
[0079] 在实施例中,该方法在电气设备的常规操作期间来执行。本文中的术语“常规操作”或等效的“带电操作”涉及电气设备的操作条件,其中电气设备可用来执行其专用功能性、例如电流传导或高压开关。换言之,电气设备没有关机或断开以供维护。其优点在于,该方法能够在线应用(即,在带电操作期间),并且维护间隔能够增加。
[0080] 在另一个实施例中,间隔中在光学测量和/或气体色谱测量期间的绝缘流体的压力是电气设备的工作压力(例如在20℃下>1巴、更具体>3巴、更具体>5巴)。其优点在于,该方法能够在线或者在操作条件中或者在电气设备的常规操作期间来执行,并且电气设备不必关机以供维护,以执行光学测量和/或气体色谱测量。
[0081] 在另一个实施例中,在光学测量和/或气体色谱测量期间对电气设备的一次触点、例如高压触点来施加工作电压(例如>1 kV或>50 kV)。其优点在于,该方法能够在线或者在操作条件中或者在电气设备的常规操作期间来执行,并且电气设备不必关机以供维护,以执行光学测量和/或气体色谱测量。
[0082] 在另一个实施例中,气体色谱测量通过包括具有第一和第二固相的至少第一和第二柱的多柱气体色谱仪(参见例如于2012年6月20日所访问的Agilent 490 Micro GC, http://www.chem.agilent.com/Library/brochures/5990-6664EN_490%20Micro%20GC.pdf)来执行。具体来说,第一流体成分的第一浓度则使用多柱气体色谱仪的第一柱来得出,以及第二流体成分的第二浓度则使用多柱气体色谱仪的第二信来得出。因此,流体成分浓度能够使用与单柱气体色谱仪不相容的流体成分的(一个或多个)气体色谱测量来更易于得出(参见例如于2012年6月20日所访问的Agilent 7820A GC, http://www.chem.agilent.com/Library/Brochures/5990-3326EN_web.pdf)。
[0083] 在另一个实施例中,该方法还包括由下列所组成的组的至少一个步骤- 通过将第一流体成分的量从包括第一流体成分的成分储液器注入电气设备的间隔中,来增加第一流体成分的第一浓度,- 通过将第二流体成分的量从包括第二流体成分的成分储液器注入电气设备的间隔中,来增加第二流体成分的第二浓度,
- 具体通过吸附污染物的过滤器,降低绝缘流体中的至少一个污染物(即,绝缘流体中的不需要物质)的尝试,
- 具体通过加热器,来蒸发凝结量的第一和/或第二流体成分,以及
- 具体通过冷却器,来凝结第一和/或第二流体成分和/或污染物的量。
[0084] 因此,能够易于保持绝缘流体的适当混合比。
[0085] 在又一些实施例中,该方法包括执行下列附加方法要素- 测量电气系统的间隔中的湿度(即,水分含量)。
[0086] 这种水分能够具有不同源:- 它能够从金属和聚合表面解吸
- 它能够源自大气并且通过泄漏和密封进入间隔,
- 它能够源自填充绝缘流体,和/或
- 它能够从吸附器解除。
[0087] 但是,将间隔中的湿度水平保持为相当低会是重要的。例如,水的凝结增加击穿的风险。作为绝缘流体成分的全氟酮在水存在的情况下也可能退化或分解,由此形成各种不合需要的污染物。因此,可降低绝缘气体的介电性能。
[0088] 如结合附图进一步详述,测量相对湿度湿度传感器或方法要素具体通过下列项的编组的至少一个来实施* 电容湿度传感器;
* 电阻湿度传感器;
* 涂敷有吸湿层的振荡谐振器
* 热导传感器;
* 光学传感器或所述光学传感器。
[0089] 对于所有所述传感器,传感器的保护能够是必要的,以避免通过非预期分解产物或污染物、例如HF的存在所引起的干扰或者甚至损坏。为此,传感器能够通过半渗透隔膜、例如本文所公开的保护盖(其将通道仅限制到标称绝缘气体成分和水)来包封。
[0090] 作为本发明的另一方面,电气设备(例如气体绝缘中压或高压开关设备)包括至少一个间隔,其包封包括具有第一浓度的至少第一流体成分和具有第二浓度的至少第二流体成分的绝缘流体。电气设备还包括:光学传感器,用于对绝缘流体执行指示第一浓度的光学测量;和/或气体色谱仪,用于对绝缘流体执行指示第一浓度的气体色谱测量。此外,电气设备包括用于执行如上所述方法的步骤的分析和控制单元。
[0091] 在一实施例中,电气设备能够通过界面可连接到绝缘流体填充装置(即填充设备或填充装置)。因此,能够在将绝缘流体注入间隔期间、例如在电气设备的调试期间或者在维护中补充绝缘流体期间来监测绝缘流体混合比。因此,需要较少附加传感器装置。
[0092] 在另一个实施例中,电气设备包括绝缘流体端口、具体是自行密封绝缘流体端口。绝缘流体端口与电气设备的间隔流体连通。换言之,光学传感器和/或气体色谱仪可连接到、具体是可逆地可连接到间隔,并且因而通过绝缘流体端口可连接到电气设备的间隔中的绝缘液体。因此,光学测量和/或气体色谱测量更易于执行,而没有从间隔失去较大量的绝缘流体。
[0093] 作为本发明的另一方面,公开一种包括用于在由处理单元运行时实现如上所述方法的计算机程序代码部件的计算机程序要素。这实现将如上所述方法集成到包括分析和控制单元的电气设备中。
[0094] 作为本发明的另一方面,公开一种输电网、具体是中压或高压输电网,其包括如以上所公开的电气设备。
[0095] 所述实施例和/或特征类似地涉及设备、方法和计算机程序要素。协同效果还可产生于这些实施例和/或特征的不同组合,但是它们可能没有详细描述。

附图说明

[0096] 通过参照以下结合附图对按照本发明的当前优选然而是说明性的实施例的详细描述,将更全面地理解本发明及其实施例。
[0097] 图1示出按照本发明的第一实施例的电气设备的示意图,电气设备包括两个绝缘流体填充间隔,其中具有设置在各间隔中的光学传感器;图2示出按照本发明的第一实施例、如电气设备中使用的光学荧光传感器的示意图;
图3示出按照本发明的第二实施例的电气设备的示意图,电气设备包括两个绝缘流体填充间隔,其中具有设置在各间隔中的绝缘流体提取器并且具有单个光学传感器;
图4示出按照本发明的第二实施例、如电气设备中使用的光学吸收传感器的示意图;
图5示出按照本发明的第三实施例的电气设备的示意图,电气设备包括两个绝缘流体填充间隔,其中具有设置在各间隔中的绝缘流体提取器并且具有单个气体色谱仪;
图6示出按照本发明的第三实施例、如电气设备中使用的气体色谱仪的示意图,其中气体色谱仪包括两个柱和一个柱后面的质谱仪;
图7是示出绝缘流体成分“N2/O2”和“C5”和“C6”的分隔的色谱图;
图8是示出特定流体成分“气体4”的损失的两个色谱图;
图9是示出污染物的检测的色谱图;
图10示出按照本发明、包括电气设备的输电网;
图11是示出绝缘流体成分“C5”和“C6”的特性光吸收率特征的吸收图;
图12是示出绝缘流体的污染物“HF”的检测的吸收图;
图13示出“丙酮”、“C5”和“C6”的近UV范围中的吸收图;
图14示出不同压力和温度的绝缘流体成分“C6”的荧光发射谱;
图15是示出绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征的红外吸收谱;
图16是示出图15的绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征以及污染物“CF4”的特性光吸收率特征的红外吸收谱;
图17是示出图15的绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征以及污染物六氟丙烯“CF3CF=CF2”的特性光吸收率特征的红外吸收谱;
图18是示出图15的绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征以及污染物七氟丙烷“CF3CFHCF3”的特性光吸收率特征的红外吸收谱;
图19示出包括分光计的光学吸收率测量的示意图;
图20示出如图19的光学装备所记录的“光学吸收”与“C5压力”图;
图21示出包括非色散光电检测器和带通滤波器的光学吸收率测量的示意图;
图22示出如图21的光学装备所记录的“透射强度”与“C5压力”图;
图23示出绝缘流体成分“C5”的UV吸收与不同绝缘流体混合物和/或压力的相关性;
图24与图13相似地示出丙酮和绝缘流体成分“C6”的参考数据以及200 nm与400 nm之间的波长的绝缘流体成分“C5”和“C6”的吸收图;
图25与图22相似地示出“转染强度”(transflected intensity)与“C5压力”图以及相对误差dI/I;
图26与图25相似地示出“转染强度”与“C5压力”图以及对理论拟合dI/I的相对偏差;
图27示出对于200 nm与500 nm之间的波长、绝缘流体成分“C5”、“O2”和“CO2”以及污染物“六氟丙烯”的吸收谱;
图28示出对于1350 nm与1950 nm之间的波长、绝缘流体成分“C5”、“C6”、“C7”和“CO2”的吸收谱;
图29示出对于1850 nm与1950 nm之间的波长、图28的谱的放大部分;
-1 -1
图30示出对于500 cm 与2000 cm 之间的波数、绝缘流体成分“C5”的吸收谱;
-1 -1
图31示出对500 cm 与2000 cm 之间的波数、与绝缘流体成分“CO2”和污染物“H2O”、-1 -1
“CF4”、“六氟丙稀”和“七氟丙烷”重叠的图30的C5谱以及对2900cm 与500 cm 之间的波数的一氧化碳“CO”的相对透射率;
图32与图1相似地示出按照本发明的第四实施例的电气设备1的示意图,这个电气设备1包括湿度传感器700和/或自行密封绝缘流体端口600和/或包括旋转混合器305的气体搅拌器339和/或包括管混合器370的气体搅拌器339;
图33示出具有多个挡板371的管混合器370;
图34示出具有穿孔汲取管381的管混合器380;
图35a和图35b示出间隔11中设置的旋转混合器305,其中旋转混合器305包括可折叠风扇305a;
图36示出在间隔11中设置辐射混合器390,其中辐射混合器390包括光源391;
图37示出包括加热器52的对流混合器307;
图38a和图38b示出间隔11中设置的体积混合器400,其中体积混合器400包括气动可扩大体积401;
图39示出连接到间隔11的旁路混合器410;
图40a-40e示出光学传感器20的不同光学和安装选项;
图41示出具有光学测量通道和光学参考通道的光学传感器20;以及
图42示出连接到自行密封绝缘流体端口600的光学传感器20。

具体实施方式

[0098] 图1示出按照本发明的第一实施例的电气设备(高压开关设备)的示意图。在第一实施例中,电气设备包括两个间隔11,其中带电部分60设置在间隔11内部。间隔11填充有绝缘流体10,以用于将带电部分60与间隔11的墙壁分隔。绝缘流体10包括在20℃下具有0.3巴(或者等效的0.3的浓度cA)的部分压力的第一流体成分A(1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三-氟甲基)丁-2-酮)以及在20℃下具有0.7巴(或者等效的0.7的浓度cB)的部分压力的第二流体成分B(氮)。流体成分A和B是绝缘流体10的特意组分,即,它们不是例如在放电或其他电应力期间形成的绝缘流体10的分解产物或污染物。
[0099] 光学传感器20设置在间隔11的每个中,以用于对间隔11中的绝缘流体10执行光学测量,以及—具体—用于分别得出第一和第二成分A和B的浓度cA和cB。没有从间隔11中提取绝缘流体10,但是对间隔11本身中的绝缘流体10执行测量。在这个实施例中,光学传感器20能够是如以下针对图2所述的荧光传感器。荧光激发光通过光纤23从电气设备的单个公共光源22引导到光学传感器20。指示流体成分浓度cA和cB的测量值从光学传感器传送给电气设备的分析和控制单元40。
[0100] 此外,间隔11其中之一能够包括可选pTρ传感器70(虚线),以用于还测量相应间隔11中的绝缘流体10的总压力p、温度T和密度ρ。指示这些参数的值也传送给分析和控制单元40。控制单元40能够还使用这些值、使用状态方程来得出流体成分浓度cA和cB(参见例如用于关于这如何能够实现的详细公开的US 718485 B2)。
[0101] 控制单元40则使用各间隔11中的绝缘流体成分A和B的第一浓度cA并且使用第二浓度cB来得出电气设备1的操作状态O。具体来说,绝缘流体10的介电击穿强度Ebd能够按照下式得出其中Ecrit,A和Ecrit,B是流体成分A和B的已知和预设的流体成分特定临界场强度。
S(cA, cB)是已知和预设的协同参数,以及i是对流体成分A和B运行的索引。从绝缘流体
10的这个介电击穿强度Ebd,得出操作状态O,其指示电气设备对正常操作、例如对高压开关或者用于标称电流和/或标称电压的可用性。
[0102] 绝缘流体10的介电击穿强度Ebd、流体成分浓度cA和cB以及操作状态O也馈送到界面41,其适合可连接到独立绝缘流体填充装置42(虚线)。这种绝缘流体填充装置42例如在电气设备的维护期间能够根据需要向一个或两个间隔11补充绝缘流体10。作为示例,如果一个间隔11中的绝缘流体10的总量降低到低于电气设备的安全操作的阈值,分析和控制单元40检测电气设备10的这个“故障”操作状态O(相应间隔11中的绝缘流体10的过低介电击穿强度Ebd),并且关闭介电设备1。然后,在维护期间,它经由界面41(经由触发事件G)来触发绝缘流体填充装置42向受影响间隔11补充绝缘流体10(虚线)。作为另一个示例,还有可能在电气设备1的调试期间向绝缘流体填充装置42提供反馈,以便在达到间隔11中的绝缘流体10的工作压力和/或操作介电击穿强度Ebd时,立即触发送往绝缘流体填充装置42的信号。
[0103] 图2示出按照本发明的第一实施例(参见以上针对图1所述)、如在电气设备1中有用的光学荧光传感器20的示意图。在这里,来自外部光源22的荧光激发光(未示出)通过光纤23引导到光学传感器20。来自光纤23的尖端的光然后通过透镜24来准直,并且通过二色分束器28。它然后经过玻璃管壁,其内体积连接到电气设备1的间隔11,填充有待测量绝缘流体10,并且形成光学传感器20的测量池21。在另一个实施例中,光学传感器20的测量池21能够通过间隔11本身来形成,即,荧光然后在间隔11本身中测量。荧光激发光然后激发绝缘流体10的分子,并且所产生荧光发射光部分朝分束器28回传。为了增加光收集效率,反射镜27设置在与分束器28相对的玻璃管的一侧。荧光发射光子然后由二色分束器28来偏转,通过发射过滤器26(其阻挡剩余激发光),并且由收集透镜聚焦到检测器25(例如崩光电二极管光电倍增管)上。来自检测器25的电荧光信号(指示cA和cB)然后被读出,可选地预先处理(未示出),并且传送给电气设备1的分析和控制单元40供进一步处理。应当注意,不同光源和光学装备是可能的,例如来自一个或多个激光器22、在一个或多个波长(例如在305 nm)的单色光、来自窄带LED光源22的窄谱光(例如在近UV范围中)或者来自常规光源22的多色或白光(可选地具有单色器、例如光栅)。
还有可能将不同光学传感器20用于不同流体成分A和B。
[0104] 图3示出按照本发明的第二实施例的电气设备的示意图。这个实施例与以上针对图1所述的第一实施例极为相似,除了下列差别之外:虽然在第一实施例中,光学荧光测量在各间隔11中通过间隔11内部的独立光学传感器20来执行,在这里,单个公共光学传感器20用于一个接一个执行光学测量(复用)。为此,少量、例如在室温下、在1巴的1 ml的绝缘流体10通过各间隔11中设置的绝缘流体提取器80从各间隔11中提取。这个绝缘流体10然后通过管道81传递给公共光学传感器20。在光学测量之后,绝缘流体10至少部分再注入间隔11中。作为与第一实施例的另一个差别,光学传感器20的测量原则也能够是不同的(例如,能够是以下结合图4进一步所述的吸收测量)。
[0105] 与第一实施例的绝缘流体10相比,第二实施例中使用的绝缘流体10能够由不同流体成分混合物来组成。在这里,第一成分A在20℃下仅具有0.2巴的部分压力,其中附加第三流体成分C(1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三-氟甲基)戊-3-酮)在20℃下具有0.1巴(或者等效的0.1的浓度cC)的部分压力。指示流体成分浓度cA、cB和cC的测量值从光学传感器20传送给电气设备1的分析和控制单元40。
[0106] 作为另一个差别,循环器90能够设置在一个间隔11中的绝缘流体提取器80附近,以用于在提取待测量绝缘流体10之前以及在执行光学测量之前使绝缘流体成分A、B和C的密度和混合物均质。
[0107] 作为又一差别,按照第二实施例的电气设备1包括可选过滤器51(虚线),以用于降低绝缘流体10中的至少一个污染物的浓度。这种污染物例如能够从放电或者从任何其他源或化学过程来形成。此外,按照第二实施例的电气设备包括可选加热器52(虚线),以用于例如在电气设备1的环境温度下降到低于相应流体成分的凝结点时蒸发凝结量的至少一个流体成分。因此,能够使凝结流体成分又进入其气体形式,并且因而能够维持绝缘流体10的混合比。另外,按照第二实施例的电气设备1包括可选冷却器53(虚线),以用于通过将绝缘流体温度降低到低于相应物质的凝结阈值,来有意凝结至少一个流体成分和/或污染物的量。
[0108] 作为另一个差别,按照第二实施例的电气设备1能够包括成分储液器50,其向一个或多个间隔11补充某些量的绝缘流体成分A和/或B和/或C等。作为示例,当分析和控制单元40检测到一个间隔11中的流体成分浓度cA的降低时,向相应间隔11再补充正确量的流体成分A,并且因而使绝缘流体10的混合比又进入正常。因此,电气设备1的正常操作能够自动恢复,并且设备停机时间减少。
[0109] 对于第一和第二实施例,将光学传感器或光学测量用于得出流体成分浓度cA、cB和/或cC的优点是(i) 对单独流体成分的高特异性,(ii) 高灵敏度,以及(iii) 对包括光学吸收或荧光的任何绝缘流体混合物的宽适用性。
[0110] 图4示出按照本发明的第二实施例(参见以上针对图3所述)、如在电气设备1中有用的光学吸收传感器20的示意图。在这里,光在光源22内部通过光栅(仅示意示出)来单色化,并且同50:50分束器28分为两个光束。一个光束通过每波长具有已知吸收率的参考池21来引导。其他光束通过光学传感器的测量池21来引导,所提取量的绝缘流体10在执行光学测量之前传递到其中。在分别通过测量池21或参考池21a传播之后,光束均经过带通滤波器29来传播,并且由透镜24聚焦到光电检测器25(例如雪崩光电二极管)上。通过调谐来自光源22的波长,测量对波长的绝缘流体10的吸收谱,其指示流体成分浓度cA、cB和cC。如以上针对荧光光学传感器20所述,再次应当注意,不同光源和光学装备也是可能的。
[0111] 图5示出按照本发明的第三实施例的电气设备1的示意图。这个实施例与以上针对图1所述的第一实施例以及以上针对图3所述的第二实施例极为相似。但是,作为差别,气体色谱仪30(参见以下针对图6所述)能够用于对于来自间隔11的所提取量的绝缘流体10执行气体色谱测量。由于所使用的测量原则,所提取量的绝缘流体10在第三实施例中的测量之后没有再注入室中。气体色谱测量再次产生指示流体成分浓度cA和cB的测量值,其从气体色谱仪30传送给电气设备1的分析和控制单元40供进一步处理。将气体色谱测量用于得出流体成分浓度cA、cB和/或cC的优点是(i) 单独流体成分的良好分隔和量化能力,(ii) 极良好的灵敏度,以及(iii) 例如可选地使用附加质谱仪(参见以下所述)来诊断未知污染物的能力。
[0112] 图6示出如针对图5所述、按照本发明的第三实施例、如在电气设备1中有用的气体色谱仪30的示意图。气体色谱仪30包括:运载气体储液器31;以及样本注入器32,其接受少量(例如在20℃下、在1巴的0.5 ml)的绝缘流体10(参见图3关于从间隔11提取样本的细节的描述)。这个绝缘流体10然后注入流动运载气体中,并且通过两个柱33传播到检测器34(例如热导检测器、火焰电离检测器或者电子捕获检测器)上。由于在柱中具有固相的流体成分A、B和C的不同保留时间,能够测量浓度值cA、cB和cC。例如,来自Supelco公司的柱Fluorocol能够分隔N2/O2和C5/C6的混合物。质谱仪35能够优选地设置在一个柱33后面,用于执行附加质谱测量,以用于检测和/或辨别绝缘流体中的污染物。
[0113] 图7是示出全部将作为色谱图中的单个独立峰值出现的绝缘流体成分“N2/O2”(技术空气)和“C5”和“C6”的分隔的色谱图(即,作为柱中的保留时间的函数的色谱检测器信号)。来自制造商Supelco的Fluorocol柱(FC柱)例如能够用于这种分隔。
[0114] 图8是示出特定流体成分的电应力感应损失的两个色谱图(气体4、峰值下降,参见箭头和虚线)。FC柱例如能够用于这种测量。
[0115] 图9是示出绝缘流体10的污染物的检测的两个色谱图。附加峰值(箭头、虚线圆圈)在新绝缘气体混合物(新气体混合物)经过电应力(老化气体混合物)之后出现。FC柱例如能够用于这种测量。
[0116] 图10示出按照本发明、包括电气设备1的输电网200。电气设备示范地用于在输电网200的两个汇流条201与202之间切换高压连接。
[0117] 图11是示出绝缘流体成分C5和C6的特性特征的红外吸收谱。红外光谱的使用提供组成绝缘流体10的流体成分的确定(类型和浓度)和监测的简易、特定和准确方法。许多分子、例如C5和C6呈现例如归因于振动激发的红外区中的特性谱特征(谱指纹)。具体来说,绝缘流体的谱中标记为C5特征和C6特征的波带的测量明确指示存在,并且分别允-1 -1
许C5和/或C6的浓度确定。注意,区域1200 cm 至1350 cm 中的谱部分饱和。
[0118] 图12是示出绝缘流体10的污染物“HF”的检测的吸收图。具体来说,在绝缘流体成分“C5”的电应力感应老化之后,能够在谱中看到污染物“HF”的清楚吸收特征。给出HF参考谱供比较。使用校准HF谱,还能够得出污染物HF的尝试。类似过程也对其他污染物存在。
[0119] 图13示出丙酮、C5和C6的UV范围中的吸收图连同丙酮的参考数据。
[0120] 图14示出不同压力和温度的C6的荧光发射谱。通过考虑压力和温度变化,绝缘流体压力和温度的直接推导成为可能。此图取自J. Gustavsson、C. Segal的“Characterization of a Perfluorinated Ketone for LIF Applications”(46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit,2008年1月7-10日,Reno,Nevada,USA)。
[0121] 图15是示出绝缘流体成分“C5”的特性光吸收特征的红外吸收谱。发现绝缘流体成分“C5”呈现没有与污染物的谱特征重叠的吸收峰值(参见例如箭头,参见下文)。因此,通过选择这种适当谱特征,能够明确监测绝缘流体成分“C5”,而没有对污染物的交叉灵敏度。
[0122] 图16是示出图15的绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征以及污染物“CF4”的特性光吸收率特征的红外吸收谱(参见箭头)。因为这些峰值没有重叠,所以它们允许污染物“CF4”的明确检测,甚至在“C5”存在的情况下。
[0123] 图17是示出图15的绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征以及污染物六氟丙烯“CF3CF=CF2”的特性光吸收率特征的红外吸收谱(参见箭头)。与图16的状况相似,这些特征允许污染物“CF3CF=CF2”的明确检测,甚至在“C5”存在的情况下。
[0124] 图18是示出图15的绝缘流体成分“C5”的特性光吸收率特征以及污染物七氟丙烷“CF3CFHCF3”的特性光吸收率特征的红外吸收谱。与图16和图17的状况相似,这些特征允许污染物七氟丙烷“CF3CFHCF3”的明确检测,甚至在“C5”存在的情况下。
[0125] 图19示出包括分光计、即波长辨别或色散光电检测器25的光学吸收率测量的示意图。来自光源22(例如氘光源)通过光纤23以及包括绝缘流体10的测量池21传播。然后,在测量池21中没有吸收的光的一部分由光电检测器25来检测。
[0126] 图20示出如图19的光学装备所记录的“光学吸收”与“C5压力”图。换言之,任意单位的吸收A针对纯液绝缘流体成分C5的压力p(单位为毫巴)来绘制。图表示出测量数据(菱形)连同线性拟合线(斜率a= 0.009872,偏移A_offset = -0.019615)以及与拟合相比的测量值的相对误差。各数据点对应于相应“C5”浓度的吸收峰值的区域。插图示出绝缘液体成分“C5”的典型吸收谱(即,x轴上的波长(单位为nm)、y轴上的(波长相关)吸收(按照任意单元a.u.,在这里用于例如p(C5) = 91.5 mbar的C5全氟酮的部分压力),其中加阴影区域(240 nm < λ < 350 nm)表示用来测量(积分)吸收A的积分区域。相对误差dA/A ≤ ±2%证明,绝缘流体成分“C5”的浓度能够通过使用简单校准方法、以高灵敏度和高准确性来确定。所使用设备包括:光源,22:氘光源,DT-MINI-2-GS,Ocean Optics。气体池21:来自Solvias的不锈池(具有光路长度47 cm)“Expando”。光纤电缆23:来自Solvias的长度0.5 m、芯直径600 μm、UV-0.5 m/1204191。检测器25:来自Ocean Optics的高分辨率分光计HR4000。
[0127] 图21示出包括非色散光电检测器25和带通滤波器29的光学吸收率测量的示意图。来自光源22(例如氘光源)通过光纤23以及包括绝缘流体10的测量池21传播。然后,在测量池21中没有吸收的光的一部分经过带通滤波器29来传播,并且由光电检测器25按照非波长辨别方式来检测。
[0128] 图22示出如图21的光学装备所记录的“透射强度”与“C5压力”图。换言之,单位为μW的透射强度针对纯液绝缘流体成分C5的压力p(单位为毫巴)来绘制。图表示出测量数据(菱形)连同指数拟合(线、兰伯特-比尔定律;其中偏移强度I_offset = 21.9 μW,强度系数I_0 = I0 = 35.8 μW,以及指数系数= 0.0032 1/毫巴)以及与拟合相比的测量I的相对误差dI/I。各数据点对应于光电检测器25所测量的总积分强度I。具有比绝缘流体成分的吸收峰值要大的波长的氘光源22的光的大部分由滤波器29来阻挡(没有被阻抗的光线促成偏移Ioffset)。相对误差dI/I ≤ ±1%证明,绝缘流体成分“C5”的浓度能够以高灵敏度和高准确性来确定。
[0129] 所使用设备包括:光源,22:氘光源,DT-MINI-2-GS,Ocean Optics。气体池21:来自Solvias的不锈钢池(具有光路长度47cm)«Expando»。光纤电缆23:来自Solvias的长度0.5 m、芯直径600 μm、UV-0.5 m/1204191。来自Schott的滤波器29 UG-11。检测器25:来自Newport的Si光电二极管UV-818。
[0130] 图23示出绝缘流体成分“C5”的UV吸收与绝缘流体混合物和/或与绝缘流体压力的相关性。换言之,气体形式的纯绝缘流体成分“C5”以及由绝缘流体成分“C5”和绝缘流体成分“合成空气”所组成、具有不同混合比和总压力的两个不同绝缘流体混合物的吸收采用图19的光学装备来获取。所有3个样本(即,3个图表,在这里只有两个是可区分的)绝缘流体成分“C5”的绝对量是恒定的:p(C5)=91.5毫巴。合成空气的量在0与5775毫巴之间有所不同。图表示出,当合成空气添加到绝缘流体成分“C5”时,所有3个绝缘流体混合物的吸收值对于高或低压力没有偏差或者没有显著偏差。这表明,使用C5 UV吸收峰值的绝缘流体成分“C5”的浓度能够从合成空气的混合物单独确定。甚至直到p_tot = 8.9巴的总绝缘流体压力也没有观测到影响(数据未示出)。
[0131] 所使用设备包括:光源,22:氘光源,DT-MINI-2-GS,Ocean Optics。气体池21:来自Solvias的不锈钢池(具有光路长度47cm)“Expando”。光纤电缆23:来自Solvias的长度0.5 m、芯直径600 μm、UV-0.5 m/1204191。检测器25:来自Ocean Optics的高分辨率分光计HR4000。
[0132] 图24与图13相似地在左边示出丙酮和绝缘流体成分“C6”的参考吸收数据以及在右边示出绝缘流体成分“C5”和“C6”的测量吸收图。使用在23.5℃与24.2℃之间的范围中的温度下的20 mm的光路长度。具体来说,从图24的右边的谱测量能够断定,C5的吸收峰值向蓝色偏移大约5 nm,并且它降低大约0.6的因子。没有吸收特征在400 nm与1100 nm之间的波长区域中是显然的(为了清楚起见而未示出数据)。
[0133] 图25与图22相似地示出“转染强度”与“C5压力”图。换言之,单位为μW的透射强度针对液绝缘流体成分C5的压力p(单位为毫巴)来绘制。图表示出测量数据(菱形)连同指数拟合(线、兰伯特-比尔定律)以及与拟合相比的测量I的相对误差dI/I(就在y轴)。结果证明测量数据与理论(兰伯特-比尔定律)的极良好一致,其中对大C5浓度范围具有小于0.2%的相对误差。在典型标称C5浓度(大约400毫巴)的测量的灵敏度评估为dI/dp=-0.5 μW/毫巴(参见黑三形∆I/∆p)。假定dI/I= ±1%的信号波动(由于光源、检测器的稳定性以及光学系统中的界面,这个值产生±6毫巴的总压力灵敏度。
[0134] 所使用设备包括:光源:来自Ocean Optics的Sandhouse 293 nm LED。气体池:来自Hellma的光学插入探头661.686-UVS,具有20 mm的光路长度,插入来自Swagelok的压力器皿中。检测器:来自Newport的Si光电二极管818-UV,与功率表2931-C相结合。
[0135] 图26与图25相似地示出“转染强度”与“C5部分压力”图。换言之,单位为V的透射强度I[在这里,按照伏特单位、作为检测器输出所测量,1 V对应于17.72 nW的强度]针对绝缘流体成分C5的压力p(单位为巴)来绘制。图表示出测量数据(空心圆圈)连同指数拟合(线、兰伯特-比尔定律)以及测量数据与理论拟合之间的相对偏差(三角形)。结果证明测量数据与理论(兰伯特-比尔定律)的极良好一致,其中对大C5浓度范围具有小于±0.5%的相对偏差。在典型标称C5浓度(例如大约400毫巴)的这个测量的灵敏度评估为dI/dp= -0.4 V/巴 = -7.1 nW/巴。信噪比在≈1s的积分时间大约为SNR = I/dI = 1000。这些值产生Δp = ΔI/(dI/dp) = [±I(400mbar)/ (SNR)]/(0.4V/bar) = ±0.4毫巴的压力灵敏度。
[0136] 所使用设备包括:光源:LED LLS290,λpeak = 293 nm,Ocean Optics。气体池:来自Ocean Optics的光学插入探头TI-300-UV-VIS,其中具有20 mm的光路长度,插入具有3.6升的体积的压力器皿。检测器:来自Newport的Si光电二极管818-UV,与功率表
2931-C相结合。测量在25.3℃与25.6℃之间执行。
[0137] 图27示出对于200 nm与500 nm之间的波长、绝缘流体成分“C5”、“O2”和“CO2”以及污染物“六氟丙烯”的吸收谱。O2和CO2的谱来自参考数据集,同时测量C5和六氟丙烯的谱。污染物“CF4”和“七氟丙烷”的谱特征也被测量,并且没有呈现与“C5”的UV吸收的任何谱重叠(为了清楚起见未示出数据)。总之,具体来说如果使用窄带光源(例如在大约300 nm具有全宽半高FWHM=12 nm的LED),则在UV范围中的光吸收率测量在较大程度上没有受到这些污染物阻碍。
[0138] 图28示出具体在1350 nm与1970 nm之间的近红外(NIR)区中的绝缘流体成分“C5”、“C6”、“C7”和“CO2”的吸收谱。来自Axsun的分光计(Analyzer XLP910)用于谱表-1征。分光计能够以3 cm 的分辨率(其相当于大约1 nm的波长分辨率)来记录上述波长区中的吸收率。
[0139] 图29示出对于1850 nm与1950 nm之间的波长、图28的谱的放大部分。如从图28和图29显而易见,绝缘流体成分“C6”在1891 nm呈现吸收峰值。绝缘流体成分“C5”和“C7”分别在1873 nm/1882 nm和1894 nm/1903 nm呈现两个重叠吸收峰值。这些吸收带大概是C=O伸缩振动的三次谐波。图28和图29右边的CO2数据是用于比较的参考数据。请注意,图29中的数据归一化成分子的相等数密度(即,PC5=974毫巴)。
[0140] 由于绝缘流体能够是包括“C5”、“CO2”和“O2”的绝缘流体成分的气体混合物并且由于“C5”的特定分析方法是有利的,所以检查C5吸收带在NIR区中与CO2的潜在交叉干扰。O2没有持久偶极矩,并且因此在NIR区中没有呈现振动谱。CO2在1960 nm以及在大约2000 nm呈现显著波带。但是,这些特征没有与上述C5羰基带重叠。
[0141] 因此,总之,在1873 nm/1882 nm的C5的所识别吸收带表示C5特定NIR光吸收测量的可能基础
[0142] 图30示出500 cm-1(波长20 μm)与2000 cm-1(波长5 μm)之间的波数、即在中红外(MIR)区中的绝缘流体成分“C5”的吸收谱。
[0143] 对于MIR变的获取,使用傅立叶变换红外分光镜(FTIR分光计,Digilab FTS-40 -1 -1 3Pro,0.5 cm 分辨率,400-4000 cm ,11.25 m路径长度,池体积0.005 m=5升)。为了得到单独峰值的良好谱分隔以及避免饱和,压力降低到数千Pa。
[0144] 4000 cm-1(2.5 μm)与600 cm-1(16.6 μm)之间的谱区中的绝缘流体成分C5的-1 -1红外吸收在600 cm 与1900 cm 之间呈现吸收带。这些吸收带大概源自碳框架(低于大-1 -1 -1 -1
约1100 cm )、C-F键(1100 cm 至1400 cm )的振动转变,并且C=0羰基(1800 cm )。在-1 -1
从2000 cm 至4000 cm 的谱区中,C5没有显示任何吸收特征(数据未示出)。
[0145] 例如通过使用宽带白炽光源以及仅准许询问窄谱区(其中仅C5进行吸收)的所选波长的透射的陷波滤波器,上述波带的一部分能够用于通过IR吸收对绝缘流体成分C5的量化。为了使与此相似的测量进行工作,应当排除对可能存在的其他绝缘流体成分和污染物的交叉灵敏度。作为示例,绝缘流体成分O2和CO2能够存在。另外,水蒸汽“H2O”和污染物“HF”、“CF4”、“六氟丙烯”和“七氟丙烷”可出现(注意,可存在此处未示出的其他污染物)。还要注意,分子氧因其缺乏持久偶极矩而没有红外谱(数据未示出)。
[0146] 图31示出与绝缘流体成分“CO2”(图31a)、“H2O”(图31b)和污染物“CF4”(图3c)、“六氟丙烯”(图31d)和“七氟丙烷”(图31e)重叠的、图30的C5谱。此外,图31f示-1 -1
出作为参考谱的2900 cm 与500 cm 之间的波数的函数的“CO”的相对透射率。
[0147] 要注意,红外吸收测量完全适合跟踪例如水蒸汽含量,而没有C5含量的干扰。这是因为,在这里可用的水的红外吸收带没有与C5重叠,并且这些能够解决以监测(参见图31b)。
[0148] 图31中未示出的是污染物“HF”的数据:HF的最低振动转变位于大约4000 cm-1,-1并且高于500 cm 的纯旋转转变在环境温度携带极小强度。
[0149] 因此,红外光谱用于C5检测以此证明。但是,将特别小心以通过选择适当谱特征来避免对其他气体种类的交叉灵敏度。用于无交叉干扰C5表征的一个适当波带在大约990 -1cm 。另外,由于玻尔兹曼分布所给出的振转基态的群体的温度相关性,吸收强度和波带形状可随温度而略微改变。应当考虑这些效应。
[0150] 图32与图1相似地示出按照本发明的第四实施例的电气设备1的示意图。虽然在装备和操作方面颇为相似,但是作为对图1所示的实施例的一个修改,在这里,仅一个间隔11存在于电气设备1中。此外,光学传感器20没有固定地设置在间隔11内部,但是它经由自行密封绝缘流体端口600与间隔11中的绝缘流体10进行流体通信。因此,简化光学传感器20的维护。
[0151] 在实施例中,湿度传感器700、例如电容湿度传感器700能够设置在间隔11内部,以用于测量电气设备1的间隔11中的湿度水平。测量湿度水平还传送给分析和控制单元40。因此,操作状态也能够根据电气设备1的间隔11内部的湿度水平来选择。
[0152] 湿度传感器700或者测量相对湿度的方法元件具体能够使用下列项的编组的至少一个来体现:* 电容湿度传感器700:在这里,具有水含量的适当亲水材料的介电常数的变化用作间隔中的水分含量的指示符。电介质能够由金属氧化物(例如Al2O3)或聚合物材料组成。
作为与例如绝缘流体成分中的氟酮的材料兼容性的先决条件,聚合感测介质必须不受与绝缘流体成分的相互作用的影响。这也是基于金属氧化物的电介质的情况。
[0153] * 电阻湿度传感器700:针对湿度敏感材料的电阻或导电率的变化。通过增加的湿度,吸湿材料的电阻降低。避免对绝缘流体成分的干扰的必要预防措施再次必须例如通过所使用材料的功能化来采取。
[0154] * 涂敷有吸湿层的振荡谐振器湿度传感器700:在湿度存在的情况下,振荡器上的质量负荷发生变化,因而引起谐振频率的变化。例如使用硅胶或者通过直接表面功能化(例如提供能够参与与水的H-接合的-OH基),谐振器涂层必须选择成仅吸收水。
[0155] * 热导湿度传感器700:绝对湿度能够经由与间隔中的绝缘流体(其包含水分)相比的参考绝缘流体(即,干燥绝缘流体)的热导来量化。考虑绝缘流体在电气设备的操作期间的组成中不应该发生变化,湿度测量比较容易执行,只要只有热导的变化将通过水分引起。否则,浓度变化能够由其他测量、具体是如本文所公开的光学测量和/或气体色谱测量来考虑。
[0156] * 光学传感器(700;20)或所述光学传感器(700;20):作为示例,红外吸收测量完全适合跟踪水蒸汽含量,而没有干扰大多数绝缘流体成分(参见以下所述的谱)。作为示例,存在没有与作为绝缘流体成分的全氟酮C5重叠的可用水的红外吸收带。这些波带能够用于测量隔间中的湿度。
[0157] 作为其他实施例,包括旋转混合器305的气体搅拌器339能够设置在电气设备1的间隔11内部。这个旋转混合器305适合将第一流体成分A与间隔11内部的第二流体成分B相混合,以用于使第一和第二流体成分A、B的混合物均质。作为示例,能够通过提供再混合机会、例如在冷凝事件在绝缘流体10中发生之后,能够改进介电击穿强度。
[0158] 包括管混合器370的附加气体搅拌器339设置在绝缘流体填充线(虚线)中,以用于混合绝缘流体10(其从绝缘流体填充装置42填充到间隔11中)(参见例如以上针对图1的描述)。
[0159] 用于在流体填充装置30和/或在电气设备1中设置气体搅拌器339的原因在于,流体成分A和B有利地彻底混合,以用于确保良好介电击穿强度Ebd。否则,流体成分A和B可遭受不完全混合,其可能降低电气设备1的介电性能的可靠性。例如:(1) 更易于冷凝的流体成分A(例如C5)和不太容易冷凝的流体成分B(例如CO2和O2)将小心混合,以避免或减少扩散时间,其在没有附加混合部件或气体搅拌器339存在的情况下原本是扩散地混合流体成分A和B所需要的。类似地,待填充到间隔11中的第一数量与间隔11中已经存在的第二数量的扩散混合在没有附加气体搅拌器339存在的情况下会持续更长时间。因此,附加混合部件、具体是气体搅拌器339或气体搅拌器339允许减少或消除填充第一数量M1之后一直到开始电气设备1的操作是安全的等待时间。
[0160] (2) 例如由于一个绝缘流体成分的部分压力或密度的变化,绝缘流体10的均质性甚至在已经填充绝缘流体10之后也可能发生变化。这类情况由于各种原因而可能发生,例如:- 在(例如C5的)冷凝事件的情况下,(例如C5的)后续再蒸发能够通过附加混合部件、具体通过电气设备1内部和特定间隔11中的(一个或多个)气体搅拌器339安全地实现,以及直到接通或重启电气设备1是安全的等待时间能够再次减少或消除。。
[0161] - 在电气设备1的开关或断路事件之后,例如C5的局部浓度梯度可形成。在电弧中,可消耗C5,使得电弧区中以及电弧区附近的绝缘流体10的C5数密度可降低。直到电气设备1再次可操作、例如用于断开或闭合或者再闭合或断路的等待时间能够通过在电气设备1内部提供附加混合部件、具体是(一个或多个)气体搅拌器339再次减少或消除。
[0162] 在电气设备1中提供气体搅拌器339还允许将绝缘流体10的第一和第二绝缘流体成分A和B并行或依次地填充到电气设备1的间隔11中(即,没有外部预先混合),并且然后在间隔11内部将它们混合。因此,可简化绝缘流体填充装置42。具体来说,有可能在添加运载气体(即,第二绝缘流体成分B)之前采取液体形式将第一绝缘流体成分A(例如C5)注入评估间隔11中。液体绝缘流体成分A也能够在填充运载气体之间注入。这要求例如通过活塞或注射类型的注入器来施加必要填充压力,以克服运载气体的反压力。在实施例中,优先注入液体第一绝缘流体成分A(例如C5),使得液体蒸发,而没有在电气设备1的间隔2中采取液体形式收集。这例如能够通过经过喷嘴将液体喷射到间隔2中来实现。它还可通过位于注入点的超声驱动压电换能器来雾化,以帮助蒸发。为了确保注入正确的量,能够跟踪所注入质量或质量流。
[0163] 图33示出具有多个挡板371的管混合器370。这种管混合器370例如能够包含在如用于图32的电气设备中的气体搅拌器339中。在将气体流体成分A的流与气体流体成分B的流相结合时,应当提供充分涡流,以彻底混合流体成分A和B。否则,流体成分A和B例如因其颇为不同的分子质量而可至少部分保持为隔离。为了混合不同流体成分A和B的两个流,能够使用管混合器370。管混合器370由具有一系列内挡板371(固定或静态交替左右螺旋混合元件)的大孔管,其通过将动量传递到流体成分A和B的微粒在流中形成涡流。因此,实现更迅速和更彻底混合成更均质流和更彻底混合的绝缘流体10。
[0164] 图34示出具有穿孔汲取管381的管混合器380。这种管混合器380例如能够在如用于气体搅拌器339(如在流体填充装置30中和/或在图32的电气设备中使用)中。在这里,第一气体流体成分A(例如C5)进入大孔管,其包封穿孔汲取管381,通过其,第二气体流体成分B进入。在作为混合绝缘流体10退出管混合器380之前将动量传递到其微粒时,流体成分A和B然后能够湍流地循环。在实施例中,气体搅拌器339还能够包括加热器52,以避免在高动态压力的区域中可发生的冷凝(虚线)。因此,实现更迅速和更彻底混合成均质流和更彻底混合的绝缘流体10。
[0165] 备选地,当依次将气体一个接一个填充到电气设备1的间隔11中时,能够使用汲取管381(例如在间隔2的入口),其提供间隔11中的更大循环,特别是当轻气体注入重气体(未示出)时。
[0166] 图35a和图35b示出电气设备1的间隔11中的旋转混合器305,旋转混合器305包括可折叠风扇305a。虽然图35a示出停放位置的可折叠风扇305a(例如,像收缩的伞),其中它没有干扰或者仅可忽略地干扰电气设备1的操作,图35b中,可折叠风扇305a处于活动位置(例如,像展开的伞)。旋转混合器305例如能够用于气体搅拌器339中(参见图32),因为它通过将动量机械地传递到绝缘流体成分A和B的微粒来提供强制对流。因此,实现更迅速和更彻底混合成均质流和更彻底混合的绝缘流体10。
[0167] 当所述气体搅拌器339或气体搅拌器339设置在电气设备1的间隔11内部,风扇305a必须设置在提供高绝缘流体搅动与对电气设备1的操作的最小干扰之间的最佳折衷的区域中,即,它不应当不利地影响介电绝缘性能(即,风扇305a应当放置在电场阴影中,并且风扇材料应当与绝缘流体混合物兼容等)。可折叠风扇305a无需持久地、而是能够活动地安装在各间隔中。这可要求“可折叠”风扇305a,其能够通过开口引入,并且在使用之后可收缩,而没有引起从间隔11的气体损失。
[0168] 在实施例中,用于包含折叠风扇305a(例如持久或暂时地)小凹口或凸起(如图35a、图35b所示)设置在间隔封装11。
[0169] 在实施例中,风扇壳体也能够使用自行密封连接器600(通过其,可折叠风扇305a突出到电气设备1的间隔中或者从其中缩回)来安装。在混合绝缘流体10之后从间隔11移开风扇壳体时,只有少量绝缘流体10(即,包含在壳体体积中的绝缘流体)从间隔11中去除。
[0170] 图36示出在间隔11中设置辐射混合器390,其中辐射混合器390包括光源391。在这里,动量辐射地、即通过使用设置在间隔11外部的IR或UV光源391并且通过间隔的窗口(未示出)射入,来传递到绝缘流体10的微粒。
[0171] 图37示出设置在电气设备1的间隔11之中或之上并且包括加热器52的对流混合器307。绝缘流体10的强制对流经过热梯度的生成、即通过从一侧加热间隔11、例如通过使用电阻加热垫或者一次性使用的化学加热器来提供。
[0172] 图38a和图38b示出电气设备1的间隔11中设置的体积混合器400,体积混合器400包括气动可扩大体积401。通过扩大可扩大体积401(图38b),机械能量能够气动地、即通过具有能够从间隔外部快速膨胀和收缩(例如通过风箱)的可扩大体积401,来传递到绝缘流体微粒。
[0173] 图39示出连接到电气设备1的间隔11的旁路混合器410。旁路混合器410包括例如两个337和303。绝缘流体10的旁路循环混合能够用来迫使绝缘流体成分A和B更彻底地混合。旁路混合器410包括泵303,其在两个端口连接到间隔11,并且使绝缘流体10在它们之间循环。在实施例中,旁路混合器410能够是活动的(例如使用自行密封绝缘流体端口600,例如图42所示),使得单个单元能够用来一个接一个混合许多间隔11。与其他混合部件、例如与管混合器370的组合也是可能的。
[0174] 图40a-40e示出光学传感器20的光学和安装选项的各个实施例。具体来说,示出各种光学和安装布局,其能够通过经过光纤注入和恢复光或者通过将光源和检测器直接连接到至少一个光学传感器20来操作。
[0175] 图40(a)和图40(b)基于插入探头,其能够具有转染类型或者透射类型。形成气体开口测量池21的光腔设置在测量空间内部(例如,电气设备1的间隔11或者绝缘流体填充装置30)。在实施例中,能够通过例如由烧结材料、纱网、网格、多孔材料、多孔金属或者PTFE薄隔膜所制成的绝缘流体可渗透保护盖500,来保护它免受微粒污染。另外,如果形成污染物、例如分解气体(其可损坏光学传感器(未示出)),则能够提供保护部件、例如气体吸收器(例如沸石)。
[0176] 图40(a)所示的设计有利地是简单的,但是要求在位于电场阴影的位置中的安装,使得在光学传感器20附近的电弧没有发生。另外,位置必须选择成使得突出光学探头没有干扰电气设备1中的其他部分的机械运动。
[0177] 图40(b)示出一备选实施例,其中插入探头定位在间隔11(其通过保护盖500与其主要体积分隔)的凸起中。
[0178] 图40(c)和图40(d)示出依靠光学准直仪的设计,光学准直仪按照透射配置(图40(c))和转染配置(图40(d))充当到间隔11的主要体积的凸起中的光学馈通。在实施例中,自行密封转换器600或自行密封流体部件600(例如DILO连接器,未示出)能够用来向/从电气设备1的间隔11插入/拉出测量池21。这允许例如清洁光学表面,交换微粒保护管500或窗口500,在没有停用以及对电气设备1减压的情况下的光学传感器20的校准、去除或更换。
[0179] (例如图40(a)-40(e)的任一个的)保护盖500能够采取保护盖板500、例如分隔光学传感器20(如所示)或者气体色谱仪30的测量池21和/或参考池21a的板的形式,或者能够采取保护盖管500(未明确示出)、例如包封光学传感器20或者其光学元件21-29的至少一部分和/或射束通路、具体来说是测量通道和/或参考通道的射束通路的管的形式。适合将光学传感器20和/或气体色谱仪与间隔11中的微粒分隔的任何其他形式也是可能的。
[0180] 图40(e)示出另一个备选配置,其中光源和检测器设置在电气设备1的间隔11内部,并且因而在绝缘流体填充体积中。对于这个概念,使用机械上低许多的需求并且具有更低戊酮的电馈通,并且消除光学馈通。这个设计还能够适用于使用自行密封类型连接器600的配置,如上所述。
[0181] 作为另一实施例,光学传感器20能够(例如也经由光纤)设置在电气设备1的查看端口。因此,查看端口不仅形成电气设备1的间隔11的一部分,而且还形成光学传感器20的一部分。例如通过使用具有近红外或UV透射材料(例如石英或蓝宝石)或者中红外透射材料(例如溴化(KBr))的透射的玻璃,查看端口窗口在测量波长以及可能还在参考波长将是透射性的。在实施例中,用于接收透射光的反射镜或反射涂层或者另一种查看端口能够存在于间隔11中。
[0182] 图41示出光学传感器20的一实施例,其中具有在第一波长(例如,其由第一流体成分(A)来修改、具体来说是吸收)的光学测量通道或射束以及在第二波长(其没有被第一流体成分(A)(例如氟酮)修改、具体来说是吸收)的光学参考通道或射束。这帮助确保光学传感器20的长期稳定性。若干因素可能不利地影响测量:• 光源发射漂移(波长和强度,例如由于老化、内部温度和周围温度)
• 光纤传输变化(例如,由于弯曲损失、光纤的物理移动、应力、温度)
• 在光学连接器的传输变化(例如由于物理移动、机械震动、振动、应力、温度)• 在光学界面的传输变化(例如由于污染)
• 光学检测器稳定性(例如由于老化)
• 分析器电子器件(例如受到电磁干扰影响或者由于老化)。
[0183] 前五个因素能够通过使用集成到光学传感器20中的光学参考通道来缓解。
[0184] 在大约293 nm、即在例如作为第一绝缘流体成分A的C5的吸收带中进行发射的蓝光源BS(空心矩形)耦合到光纤(未示出),其将光输送到光学探头(传感器头)。备选地,蓝光源BS直接安装到光学馈通,其将光定向成经过与电气设备1的间隔11进行流体通信的测量池21(参见以上所述)。
[0185] 在耦合到光纤或者测量池21中之前,来自蓝光源BS的光的一部分使用光学分束器BSP1来分离,并且发送给蓝色参考检测器BRD,其测量蓝光源BS的发射光强度的稳定性。
[0186] 为了消除传送信号中的伪影(例如光纤弯曲损失的变化或者间隔中的光学界面上的微粒污染的存在),使用参考通道。
[0187] 在少许红色偏移波长(其没有被例如作为绝缘流体成分A的C5吸收)、即在波长λ>360 nm、由红光源RS所发射的光(黑光束)用来询问光学透射变化的光路。RS的发射稳定性由红色参考检测器RRD使用第二分束器BSP2来记录。
[0188] 红和蓝光相结合(例如通过第一分色镜DM1)。红光穿过与蓝光相同的光路(加阴影光束),但是没有被绝缘流体成分A(例如C5)吸收。当红光从传感器头返回时,使用第二分光镜DM2将它分离到红光检测器RD。为了确保没有红光落到蓝光检测器BD上(反过来也是一样),窄带滤波器FSP设置在蓝光检测器BD前面,以及宽带滤波器FLP设置在红光检测器RD前面。
[0189] 绝缘流体成分A(例如C5)的数密度能够从传送强度来得到,并且同时能够校正光路中引入的损失以及光源的强度的变化。具体来说,能够使用下式:其中
(b)
Itr = 传送蓝光强度(落到蓝光检测器BD上)
tSP= 窄带滤波器FSP的透射率
(b)
tDM = 蓝光的分色镜DM1、DM2的透射率
(b)
tBS = 参考蓝光的分束器BSP1的透射率(对蓝色参考检测器BRD)
(b)
Iref = 参考蓝光强度(落到蓝光检测器BRD上)
k=光学损失的波长相关性的转换因子,定义为k = ΔIloss(b)/ΔIloss(r),其中(b)
ΔIloss = 到气体的前向光路上(即,通过到气体的损失的BSP1和DM1之后的蓝光强度的降低)以及从气体到检测器BD的后向光路上(即,通过损失的传感器返回蓝光强度的降低)的蓝光强度损失,以及
(r)
ΔIloss = 到气体的前向光路上(即,通过到气体的损失的BSP1和DM1之后的红光强度的降低)以及从气体到检测器RD的后向光路上(即,通过损失的传感器返回红光强度的降低)的红光强度损失
(r)
Itr = 传送红光强度(落到红光检测器RD上)
tLP= 宽带滤波器FLP的透射率
(r)
rDM = 红光的分色镜DM1、DM2的反射率
(r)
tBS = 参考红光的分束器BSP2的透射率(对红色参考检测器RRD)
(r)
Iref = 参考红光强度(落到红色参考检测器RRD上)
σ= 介电绝缘流体成分A(例如C5)的吸收截面
l= 吸收路径长度(在气体中;在至少一个波长的吸收气体中)
N= 介电绝缘流体成分A(例如C5)的数密度
周期测量、例如脉冲测量对于使对光源的温度感应漂移效应为最小是优选的。在这个上下文中,在红色与蓝色通道之间进行交替是合乎实际的。然后,通过时间选通检测(例如经由放大器),红光检测器RD、一个分光镜以及滤波器FLP和FSP能够省略,只将一个公共检测器用于两种射束,只要在不同波长的检测器灵敏度是充分或相似的,并且那些灵敏度的比率是已知的。
[0190] 电子器件、即光源和检测器能够设置在光学组件。在这种情况下,从电磁辐射的适当屏蔽是必要的。如果无法从来自电气设备1的电磁辐射来屏蔽电子器件,则能够使用光纤链路。在那种情况下,如果光纤无法刚性地保持到位,则参考通道建立是特别有用的。作为替代或补充,它们能够固定在导管中。在任何情况下,系统是否要求光纤链路取决于电磁干扰是否关键或者是否能够屏幕。
[0191] 图42示出连接到自行密封绝缘流体端口600的光学传感器20。这种自行密封绝缘流体端口600(例如DILO)对简化去除或交换光学传感器20、例如用于维护工作是有用的。否则,这种维护工作可要求电气设备1的间隔11的减压。绝缘流体端口600与电气设备1的间隔11进行流体通信,并且它实现光学传感器20与电气设备1的间隔11之间的绝缘流体连接。因此,绝缘流体端口600允许对光学传感器20的维护工作(例如,光学表面的清洁、交换微米保护管或保护盖500或者用于校准),而无需对电气设备1的间隔11减压。
[0192] 定义:本文中的术语“空气”将包括“技术空气”(即,加压和干燥环境空气)或者“合成空气”(即,以各种混合比率的氮(N2)和氧(O2)的混合物或者环境空气)。
[0193] 本文的术语“脂肪族”将表示“线性脂肪族”和“支链”。
[0194] 本文的术语“流体”将表示“物质,例如液体和/或气体,其能够流动、没有固定形状并且对外部应用提供极少阻力”(来自http://www.thefreedictionary.com/fluid, accessed on 9/11/2011,于9/11/2011访问)。
[0195] 本文的术语“高压”将表示大于50 kV的电压。
[0196] 本文的术语“中压”将表示大于1 kV的电压。
[0197] 如从以上描述显而易见,本文的术语“用于操作流体绝缘电气设备的方法”表示一种用于使电气设备可用和/或保持电气设备的操作的方法。
[0198] 本文的化合物类“氢氟醚”表示特定的部分或全部氟化醚、例如从3M可得到的。
[0199] 本文的化合物“C5”具体表示从由下列结构式(其中至少一个氢原子、优选地所有氢原子采用(一个或多个)氟原子来替代)所定义的化合物所组成的组中选取的氟酮:(Ia),
(Ib),
(Ic),以及
(Id)。
[0200] 本文的化合物“C6”具体表示从由下列结构式(其中至少一个氢原子、优选地所有氢原子采用(一个或多个)氟原子来替代)所定义的化合物所组成的组中选取的氟酮:(IIa),
(IIb),
(IIc),
(IId),
(IIe),
(IIf),以及
(IIg);
本文的化合物“C7”具体表示从由下列结构式(其中至少一个氢原子、优选地所有氢原子采用(一个或多个)氟原子来替代)所定义的化合物所组成的组中选取的氟酮:
(IIIa),
(IIIb),
(IIIc),
(IIId),
(IIIe),
(IIIf),
(IIIg),
(IIIh),
(IIIi),
(IIIj),
(IIIk),
(IIIl),
(IIIm),以及
(IIIn).
注:
C5或“C5”、C6或“C6”、C7或“C7”等表示部分或完全氧化氟酮,其具有5、6、7个等的互连碳原子。
[0201] 虽然示出和描述本发明的所述实施例或当前优选或有利实施例,但是无疑要理解,本发明并不局限于此,而是可在以下权利要求书的范围之内以不同方式来实施和实践。具体来说,以此所公开的装置特征还公开对应方法特征,以及以此所公开的方法特征还公开对应装置特征。
[0202] 参考标号1: 电气设备
10: 绝缘流体
11: 电气设备1的间隔
A, B, C: 绝缘流体10的流体成分
cA,cB,cC: 流体成分浓度
O: 电气设备1的操作状态
Ebd: 介电击穿强度
20: 光学传感器
21: 光学传感器20的测量池
21a: 光学传感器20的参考池
22: 光源
23: 光纤
24: 透镜
25: 光学传感器20的光电检测器
26: 发射过滤器
27: 反射镜
28: 分束器
29: 带通滤波器
30: 气体色谱仪
31: 运载气体储液器
32: 样本注入器
33: 气体色谱仪30的柱
34: 气体色谱仪30的检测器
35: 质谱仪
40: 分析和控制单元
41: 界面
42: 绝缘流体填充器、填充装置
50: 成分储液器
51: 过滤器
52: 加热器
53: 冷却器
60: 带电部分
70: pTρ传感器
G: 触发事件
80: 绝缘流体提取器
81: 管道
90: 循环器
200: 输电网
201,202: 汇流条
303: 泵
305: 旋转混合器
305a: 可折叠风扇
307: 对流混合器
337: 阀
339: 气体搅拌器
370,380: 管混合器
371: 挡板
381: 穿孔汲取管
390: 辐射混合器
391: 光源
400: 体积混合器
401: 可扩大体积
410: 旁路混合器
500: 保护盖、保护盖板、保护盖管
600: 绝缘流体端口、自行密封连接器
700: 湿度传感器
BS: 蓝光源
RS: 红光源
BRD: 蓝色参考检测器
RRD: 红色参考检测器
BSP1、BSP2 分束器
DM2,DM1: 分色镜
RD: 红光检测器
BD: 蓝光检测器
FLP: 宽带滤波器
FSP: 窄带滤波器。
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