技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于有助于在高压部件的操作期间检查该部件的方法和一种适于与高压系统连接、有助于在高压部件的操作期间检查该高压部件的设备。
背景技术
[0002] 诸如高压导体、
变压器、
开关设备等高压部件常常包括通常由金属制成的电导体和布置于电导体周围的绝缘
覆盖层。由于高压，所以在绝缘体中产生高
电场，其中可能在绝缘体内部产生弱
电流。具体而言，在绝缘体的可能非均质部分中可能产生弱电流。弱电流缓慢地损坏材料，使得非均质部分扩大和/或改变。因此，电流变得甚至更强，这进一步损坏绝缘体中的材料。在一段时间之后造成所谓的局部放电，绝缘体中的
缺陷呈指数增长。最终造成经过绝缘体的破坏性放电并且使高压部件
短路。局部放电和破坏性放电构成高压系统的重大问题，因为系统必须在已经发生破坏性放电时关断，以便避免毁坏，并且允许修复。
[0003] 已知检查高压导体的局部放电迹象以便防止破坏性放电的
风险。
[0004] 对高压导体之中用于电
力分配的高压导体的此类检查包括：检查工作组驾驶
卡车前往待检查的
位置，将待检查的高压导体临时关断并且将检查设备连接到高压导体。检查设备包括在导体上施加
电压的高压发
电机，此后检查导体的任何局部放电。这样做的一个问题在于，只能测量高压导体的很小部分并且必须在现场执行测量。对于包括数公里高压导体的配电系统，在实践中不可能为了完全防止破坏性放电而这样做。另外，检查设备很昂贵并且必须通过卡车运往将进行检查的位置。
[0005] 在
专利文献WO 2004/013642中示出了如下方法，在该方法中检查器连接到布置于高压
电缆周围的屏(screen)。所述屏是保持在地电势由导电材料制成的套层，以便在高压线缆内捕获电场。在局部放电期间，在屏中出现短电脉冲。该方法包括在电缆的两端配准脉冲并且相对于公共时间
帧相互比较脉冲的出现。根据在电缆的两端测量脉冲时的时间可以估计针对特定放电的位置。以这一方式可以在电缆仍然工作之时检查电缆中局部放电的出现。另外，不再有必要前往已经发生故障的位置，而是可以同时监视整个电缆。
[0006] 这两种检查方法的一个问题在于，只有在已经发生局部放电之后才发现电缆中的非均质或者缺陷。当非均质或者缺陷的量值使得已经发生局部放电时，材料很快地退化。这意味着在使用上述方法时用于长期计划的时间很短。通常，从出现局部放电到发生完全破坏性放电只需数个小时或者数日。因此，防止来自破坏性放电的影响的可能性小，因为更换缺陷电缆通常需要更长时间。
发明内容
[0007] 本发明的一个目的在于有助于针对高压部件中的局部放电来处理该部件。根据第一方面，这一目的利用根据
权利要求1所述的一种方法来实现。根据第二方面，这一目的利用根据权利要求16而构造的一种设备来实现。
[0008] 通过在高压系统的操作期间对用于高压导体的公共电势进行位移，可以实现部件与地电势之间电势差的改变，而不影响高压系统本身的操作。高压系统之所以不受影响是因为系统中的负载连接于多相之间，使得相对于地的公共电势并不影响结果。然而，通过改变在部件与地之间的电势差来影响部件的绝缘体中的电场强度，这可以用来改进对经过绝缘体的局部放电的处理。
[0009] 高压系统可以是任何形式的包括两个或者更多相的系统。高压系统是其中存在1kV以上电压的系统。通常，系统中的电压为10kV-400kV。优选地，高压系统是包括三相的交变电流系统。高压系统可以例如是配电系统、发电机系统或者用户系统。优选地，高压系统由用于电力分配的高压导体构成。与高压系统连接的高压部件可以是发电机、变压器或者电机(electric engine)。优选地，高压部件是高压导体或者高压电缆。
[0010] 优选地，系统中的电压是交变电流，其中电压在平均电势周围振荡。在常规操作时，平均电势通常为零。电压通常以具有最大电势的正弦曲线的形式振荡。当电压的绝对值充分高时，因此通常在最大电势获得局部放电。
[0011] 优选地，高压系统中的任何负载耦合于多相之间而不是多相与地之间。因此，对公共电势的位移不会影响负载之上的电压。因此，即使高压系统在操作，也仍然可以实施该方法。
[0012] 根据一个
实施例，本发明包括如果针对高压部件检测到局部放电，则对电势进行位移，使得在有缺陷的高压部件与地电势之间的电势差减少。优选地，对公共电势进行位移，使得有缺陷的高压部件的电势接近于地电势，以便结束任何局部放电。因此，有缺陷的高压部件中的最大电势减少，使得经过非均质的电流减少，这意味着到损坏高压部件的破坏性放电的时间增加。因此，实现更长的维护时间，使得高压系统可以在更长的时段继续它的操作。
[0013] 根据一个实施例，对公共电势进行位移，使得在待检查的高压部件与地电势之间的最大电势差增加，其中检查在高压部件的绝缘覆盖层中出现的任何局部放电。当在待检查的高压部件与地电势之间的最大电势差增加时，高压部件周围绝缘体中任何非均质(inhomogenity)上的电势差也增加，以使得即使非均质(太小而不能在常规境况期间获得局部放电，但是仍然较早地获得局部放电。通过检查在高压部件的绝缘覆盖层中出现的任何局部放电，由此可以在常规操作条件下在非均质中形成局部放电之前发现该非均质。因此，该检查的检测能力增加，其原因在于可以找到尚未充分地大到允许局部放电的非均质。因此，例如在发电机、引擎或者变压器的绕组中也可以发现缺陷。因此，用于长期计划的时间跨度增加，使得更易于对部件的维护进行计划。
[0014] 在进行操作期间工作时，可以通过使用任何检查方法来发现局部放电。优选地，该方法包括检测待检查的高压部件中的电脉冲，这些脉冲源于高压部件的绝缘体中的局部放电。
[0015] 优选地，对公共电势进行位移，使得在待检查的高压部件与地电势之间的最大电势差增加到检查所需的电平。优选地，对公共电势进行位移，使得在待检查的高压部件与地电势之间的最大电势增加到大于或者等于它们的原始最大电势的一点五倍。因此保证在充足的时间之前发现任何非均质。优选地，对公共电势进行位移，使得在待检查的高压部件与地电势之间的电势差没有增加到大于用于连接到高压系统的过
电压保护的最大电势。因此，保证最大电势没有增加到不必要地损害高压部件周围的绝缘体这样的程度。优选地，因此也在短于三分钟的时间间隔期间对公共电势进行位移。优选地，该时间间隔短于一分钟，并且最优选地，该时间间隔短于三十秒。因此，增加的电势没有对存在于绝缘体中的更小非均质造成不可接受的负面作用。如今可以很快地执行针对局部放电的检查，其中没有必要在长的时间期间使高压部件经受到高压，这是因为非均质可能扩大。
[0016] 根据一个实施例，通过将电压和/或电流馈送到高压系统来对公共电势进行位移。因此，可以在对位移有良好监督和控制的情况下容易地对公共电势进行位移。优选地，通过将电压馈送到高压系统的零点来对公共电势进行位移。因此容易控制所述位移，这是因为公共电势的位移变得与馈送电压相同。优选地，通过将交变电流馈送到高压系统来对公共电势进行位移。通过向高压系统馈送交变电流，可以根据对交变电流进行馈送的相
角来获得不同效果。优选地，馈送的交变电流与高压导体中的交变电流大小大体上相同。
[0017] 在一个实施例，向高压系统馈送
相位与高压导体之一中的交变电流相同的交变电流。因此，连接到该导体的一个高压部件的最大电势将增加，这是因为交变电压彼此相加。因此，可以易于针对局部放电的存在来检查这一高压部件。在三相系统中，其他相的电压也减少，其中易于确定任何局部放电源于哪个相。
[0018] 在另一优选实施例中，向高压系统馈送相对于经过将不被检查的一个高压部件的交变电流而言相位相反的交变电流。因此，这一高压部件相对于地的最大电势减少，这减少了这一高压部件会退化的风险。与此同时，所有其他高压导体或者部件的最大电势增加，其中可以同时检查这些高压部件。优选地，对公共电势进行位移，使得在将不被检查的第二高压部件与地电势之间的电势差小于高压部件常规操作期间的最大电势，优选地小于最大电势的一半。优选地，因此对公共电势进行位移，使得将不被检查的第二高压部件的电势接近于地电势。通过馈送相位与高压系统中的相位之一相反或者相同的交变电流，可以用很简易的方式控制电势的馈送和位移。
[0019] 根据一个实施例，高压部件包括布置于部件周围的导电屏，该导电屏基本上保持在地电势，其中检测导电屏中的电脉冲。因此可以通过在线监视导电屏中的任何电脉冲来检测局部放电。优选地，如在文献WO 2004/013642中所述以对应方式执行检查。因此很容易对公共电势进行位移并且按定期间隔例如每周一次自动监视和检测待检查部件的导电屏中的电脉冲。这是为了预先检测任何存在的小的非均质，该小的非均质迟早可能导致扩大的非均质和局部放电。因此，实现了具有大量时间可用于修复高压部件的良好长期计划。通过使用根据WO 2004/013642的方法也可以估计非均质的位置。
[0020] 根据又一实施例，通过使用电抗器至少部分地补偿在高压系统与地之间的地电流。通过在公共电势的位移期间使用电抗器，可以从高压系统本身的发电机部分地获取用于实现电势位移的电流，这比向高压系统馈送来自电压发生器的高压高效得多。否则，高压发生器可能面临使用大量电流的风险并且可能需要非常大的功率。
附图说明
[0021] 现在将通过本发明的非限制例子并且参照附图来说明本发明。
[0022] 图1示出了高压系统和用于有助于检查与高压系统连接的高压导体的设备。
[0023] 图2在横截面图中示出了有缺陷的高压导体的视图。
[0024] 图3a-图3b示出了可以如何对公共电势进行位移的两个例子。
[0025] 图4示出了根据本发明的方法。
具体实施方式
[0026] 在图1中，示出了根据本发明的高压系统1和设备3。高压系统1包括布置用以生成交变电流的三个发电机5。生成的交变电流相对于彼此在相位上位移120°并且具有大体上相同的幅度，使得相加在一起的交变电流在常规操作期间变得基本上为零。发电机5各自分别连接到其自己的、布置用以传导一个交变电流相的高压部件7，该高压部件7在这一例子中为其自己的高压导体7。高压导体7在零点9相互连接。由于高压系统的设计，零点9的电压在这一例子中接近于具有地电势的地11中的电势。零点9还与地11连接。
[0027] 在图1中示出了高压导体7位于地面以上，但是高压导体也可以是在地面以下挖到的电缆。高压系统1还包括三个负载13，其中由发电机5生成的电功率驱动某种形式的工作。负载13可以例如是引擎、变压器、机器或者由电力驱动的某一其他项。负载13本身中也可以包含高压导体。负载13在这一例子中各自连接于两个高压导体7之间，其中负载因此连接于两相之间。
[0028] 在图2中示出了图1中高压导体7的横截面。高压导体7包括内部电导体15、绝缘覆盖层17和包围绝缘覆盖层17并且还保持在地电势的导电屏19。导电屏19因此俘获在内部导体15周围生成的电场。高压导体7还包括布置用以保护高压导体7例如免受机械磨损的外部覆盖层21和紧接内导体15布置以便消除内导体15周围电场中的任何尖峰的、电导率增加的薄层23，其中尖峰可能与内导体表面上的不平坦有关。
[0029] 在图2中还示出了绝缘覆盖层17包括非均质或者缺陷25。非均质25可能与制造缺陷(如过高湿度)或者与毁坏(如机械推力)或者快速
温度改变有关。由于在高压导体7内部引起的高场，所以可能在非均质25中或者周围生成弱电流。弱电流迟早将扩大和/或增强非均质25，使得经过非均质25生成甚至更强的电流。因此已经引起如下退化效应，则该效应缓慢地损坏高压导体7中的绝缘覆盖层17直至发生局部放电26。在局部放电26期间，电流从内部导体传导到非均质25。随后发生非均质25的
雪崩型退化，使得在短暂时间之后发生经过绝缘覆盖层17的完全击穿。例如，如果高压导体7埋在地下，则高压导体
7可能相对于地短接，使得引起地故障。高压导体7因此必须脱离操作，以便避免损坏以及对其加以修复。
[0030] 在图1中示出了根据本发明的设备3适于连接到高压系统1。设备3在这一例子中划分成适于相互通信的若干单元，但是该设备也可以设计为单个单元。在这一例子中，设备3包括适于感测任何局部放电的
传感器27和适于控制设备3的控制装置29。控制装置29在这一例子中包括计算机和其上写有
计算机程序的计算机可读介质31，其中计算机适于读取计算机可读介质31、将计算机程序下载到计算机中的工作
存储器中并且执行计算机程序。计算机程序因此控制设备3以执行根据本发明的方法的步骤。
[0031] 设备3包括适于实现高压系统公共电势位移的电势位移装置33。在这一例子中，该装置适于对公共电势进行位移，使得如果在高压部件中已经检查到局部放电，则在该高压部件与地电势之间的电势差减少。在这一例子中，该装置适于对公共电势进行位移，使得如果在高压部件中检查到局部放电，则该高压部件的电势差接近于地电势。因此，部件的寿命将增加，这是因为非均质之上的电压减少。
[0032] 设备3还适于通过实现用于高压系统的公共电势的位移，使得在待由传感器27检查的高压导体7与地电势之间的最大电势差增加，来有助于检查部件。在这一情况下，电势位移装置33适于实现零点9的公共电势的位移。通过适于对零点9的公共电势进行位移的装置3，使得在待检查的高压导体7与地之间的电压增加，高压导体7的绝缘覆盖层17中的任何非均质25之上的电压也增加。因此，经过非均质25的电流增加，使得即使电压正常时在非均质之上原本不会发生局部放电的情况也仍然发生局部放电。因此，局部放电更早发生，使得与在常规的操作电势期间检测任何局部放电时相比，早得多地检查到非均质25。
[0033] 在这一例子中，待检查的高压部件7由所述高压导体7构成。但是该设备也可以用来检查其他高压部件，比如发电机5或者负载13。
[0034] 由于负载13连接于各相应的高压导体7之间，并因此连接于交变电流的相应相之间，所以负载之上的电压不受零点9的公共电势的位移影响。因此，负载13的操作不受影响，并且可以在高压系统1的操作期间的任何时间执行检查。
[0035] 设备3还适于在短于三分钟的时间间隔期间对公共电势进行位移。因此，经过非均质25的电流没有将非均质25扩大到使得当电势随后降低时发生局部放电的这样程度的风险。在这一例子中，该设备适于在短于一分钟、最优选为短于30秒的时间间隔期间对公共电势进行位移。在这一例子中，设备3还适于在长于十秒的时间间隔期间对公共电势进行位移。
[0036] 电势位移装置33包括适于向零点9馈送电压的电压馈电器35。电压馈电器35因此对用于高压系统1的公共电势进行位移。电压馈电器适于馈送就相角、幅度和
频率而言可调的电压。电压馈电器35也适于馈送两个或者更多
叠加的交变电流。在这一例子中，馈送的叠加交变电流之一与系统电压同步。
[0037] 电势位移装置33还包括零点电抗器37。零点电抗器37包括线圈和多个电容器。电抗器37适于补偿高压系统1的对地电容性电流(capacitive earth current)。因此，针对电压馈电器35的功率需要减少。另外，电抗器37适于为电压馈电器35提供简易而高效的馈送点。
[0038] 传感器27适于检查待检查的高压导体7中的局部放电。在这一例子中，传感器27适于感测导电屏19中的电脉冲。脉冲源于高压导体的绝缘覆盖层17中的局部放电。当发生局部放电时，在导电屏19中发生瞬时脉冲，这些脉冲沿着高压导体7的长度经过导电屏19发送。由于高压导体传导交变电流，所以在各电压最大值发生局部放电。因此在导电屏
19中引起脉冲序列。传感器27适于感测来自沿着电缆的两个不同位置的脉冲。通过比较在不同位置检查脉冲时的时间，可以计算非均质25沿着导体7的长度的位置。优选地，传感器27包括适于与每个高压导体7的一端连接的两个传感器。
[0039] 在图3a中示出了可以如何对公共电势进行位移的第一例子。具有电压馈电器35和电抗器37的电势位移装置33因此适于将交变电流馈送到零点9，以对公共电势进行位移。设备3还适于馈送相对于高压导体的交变电流而言大体上相位相反的交变电流，以便对公共电势进行位移。
[0040] 在图3a中，示出了与高压系统1中的三个原始交变电流相对应的三个虚线向量39。当将交变电流相相加时，也就是通过将三个虚线向量39相加，获得与在这一例子中为零的地电势接近的公共电势41。这一零电势因此对应于图1中的零点9。在图3a中示出了如何通过向零点馈送相对于高压导体之一的交变电流而言基本上相位相反的交变电流来对公共电势进行位移(40)。因此，该高压导体中的电势变为零，其中将不被检查的高压导体的向量43以零电势结束。如果高压导体已经受非均质影响，则这是有利的。
[0041] 对公共电势进一步进行位移，使得公共电势获得在点45示出的与高压导体中的先前电势相等但是相反的电势。如图3a中清楚可见，相对于其他两个高压导体46和地而言的电势差增加。因此甚至对于小到无法在正常电势引发局部放电的非均质，也可以针对这些导体获得局部放电，这有助于检查导体。
[0042] 在这一例子中，馈送的交变电流的幅度与高压导体7中原始交变电流的幅度大体上大小相同。该设备因此适于对公共电势进行位移，使得在待检查的高压部件与地电势之间的最大电势已经增加到大于或者等于原始最大电势的一点五倍。在这一例子中，设备3适于对公共电势进行位移，使得将不被检查的第二高压部件的电势接近于地电势。备选地，可以利用更小电压对公共电势进行位移，其中已经检测到局部放电的导体的电
势能够减少，同时其他导体的电压仅增加较小部分，其中对于这些导体发生局部放电的概率仅增加较小部分。
[0043] 在图3b中所示一个替代实施例中，电势位移装置代之以适于馈送与经过待检查的高压部件7的交变电流的相位大体上相同的交变电流，以便对公共电势进行位移。在图3b中示出了与高压系统的三个原始相对应的三个虚线向量47。三个虚线向量47在地电势
49重合。当馈送相位与待检查的高压部件中的相位相同并且具有对应幅度的交变电流时，实现了将公共电势位移到在点51示出的与待检查高压部件的原始电势相等的电势。点51因此代表在公共电势位移之后的公共电势。箭头52图示了该位移。实线向量53示出了高压系统在公共电势51的位移之后的相。如从图3b清楚可见，待检查的高压部件的电势已经增加到原始电势的两倍。与此同时，用于将不被检查的其他两个高压部件的电势保持在与先前相同但是具有另一相位的电势。
[0044] 选择图3a和图3b中的例子仅仅是为了说明目的。在实践中，用来对公共电势进行位移的交替电流的幅度将低于高压系统中电压的对应幅度。本领域技术人员可以根据本
申请中已经示出的内容和与待检查的部件有关的商业可用信息来决定公共电势的适当幅度，并且因此决定公共电势位移的适当大小。另外，可以利用相位在高压系统的相位之间的交变电流来对公共电势进行位移。
[0045] 控制装置29部分地适于控制电势位移装置33并部分地适于控制传感器27并且从传感器27接收信息。控制装置29因此使传感器27和电势位移装置33相互协调，并且适于控制设备3以执行根据本发明的多个方法步骤。设备3因此适于根据计算机可读介质31上写入的计算机程序来执行该方法的步骤。
[0046] 在图4中示出了根据本发明的方法的一个例子，该方法可以利用根据图1的设备3和控制装置29来执行。
[0047] 在第一步骤55中，该方法包括启动对高压系统的检查。该启动可以是自动的，例如在已经经过预定时间之后或者在某一特定事件之后，或者该检查可以由操作员人工启动。
[0048] 在第二步骤57中，该方法包括从计算机可读介质读取用于控制和协调所述检查的计算机程序。计算机可读介质可以例如是
硬盘、CD盘或DVD盘，或者类似介质。备选地，可以在
硬件中对设备进行编程，其中不必读取任何程序。
[0049] 在第三步骤59中，该方法包括在高压系统的操作期间对用于高压导体的公共电势进行位移，使得在待检查的高压部件与地电势之间的最大电势差增加。通过将电压和/或电流馈送到高压系统来对公共电势进行位移。在这一例子中，通过将交变电流馈送到高压系统的零点来对公共电势进行位移。在这一例子中，馈送的交变电流相对于将不被检查的第二高压部件的交变电流而言相位大体上相反。另外，该方法包括通过电抗器来至少部分地补偿在高压系统与地之间的地电流。
[0050] 该方法包括对公共电势进行位移，使得在待检查的高压分量与地电势之间的最大电势差增加到大于或者等于原始最大电势的一点五倍。另外，该方法包括对公共电势进行位移，使得在将不被检查的第二高压部件与地电势之间的电势差小于原始最大电势的一半，在这一例子中使得将不被检查的第二高压部件的电势接近于地电势。另外，在短于3分钟、优选地短于1分钟并且最优选地短于30秒的时间间隔期间对公共电势进行位移。
[0051] 在第四步骤61中，该方法包括检查在待检查的高压部件的绝缘覆盖层中可能发生的局部放电。在这一例子中，高压部件包括布置于部件周围的导电屏，该导电屏基本上保持在地电势。该方法因此包括利用传感器来检测待检查的高压部件的导电屏中的电脉冲，该电脉冲源于高压部件的绝缘体中的局部放电。在这一例子中，该方法包括分别在第一和第二位置检测电脉冲，并且分别配准在各相应位置配准脉冲时的第一和第二时间点。在这一例子中，在高压部件的末端配准脉冲。
[0052] 在第五步骤63中，该方法包括分析从传感器获得的数据。该方法因此包括基于电脉冲是否已经配准来确定是否已经进行局部放电。在配准电脉冲时，该方法还包括比较第一和第二时间点并且根据时间点之间的时间差来估计局部放电的位置。
[0053] 如果针对高压部件检测到局部放电，则该方法在第六步骤69中包括对公共电势进行位移，使得其中已经发生局部放电的高压部件的电势减少。在这一例子中对公共电势进行位移，使得其中已经发生局部放电的高压部件的电势小于高压部件常规操作期间的最大电势的一半。在这一例子中，该电势接近于地电势。
[0054] 本发明不限于这里示出的实施例而可以在所附权利要求的
框架内以许多方式加以变化。
