[发明专利]用于确定可封闭容器中的流体的平均参数的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的、用于确定可封闭容器中的流体的平均参数的方法、用于该方法的测量装置和测量组件。测量装置可特别地用于检测流体容器中以及例如功率传输和分配系统中的流体绝缘式开关装置中的流体泄漏，特别是气体泄漏。

背景技术

功率传输和分配系统中的流体绝缘式开关装置是众所周知的。这些装置包括气体绝缘式开关装置(GIS)，例如断路器。GIS装置具有外部封装，而且这个外部封装的内部填充有绝缘气体，例如SF₆(六氟化硫)。GIS内部的气体量必须具有高于临界水平的值，以便避免介电绝缘性能退化；但是，由于材料孔隙度、腐蚀、密封件有缺陷等，气体可泄漏到环境。这是不合需要的，因为有上面提到的原因，以及因为气体可潜在地损害环境，例如在SF₆气体的情况下，它造成全球变暖的可能性非常高。因此，需要监测GIS的含量，以及检测来自封装的潜在气体泄漏。为了监测气体绝缘式开关装置中的泄漏，追踪压力、温度标准化压力或密度。但是，仅压力测量不适合快速地检测泄漏速率(例如在一天内或者在几天内)，因为未考虑到环境和运行温度改变而引起的压力变化。温度标准化压力测量值ρ_norm由以下给出

p_norm=p_meas×T_norm/T_meas

假设是理想气体特性，其中，T_norm是选定的标准化温度(例如298K)，而p_meas和T_meas分别是测得的压力和在局部测得的温度。必须使压力标准化，以便据此可靠地计算出容器中包含的气体总量(总质量)。T_meas也可为若干温度测量值的平均值(算术平均值或充分加权平均值)。对于开关装置封罩内的典型地不均匀的温度分布，需要平均温度T_av来正确地计算总质量，即，容器中平均密度。T_meas通常不是T_av的良好估计。因此，使用T_meas来使压力测量值标准化对于高精度泄漏检测的用处仅仅是有限的。密度测量值乍一看不依赖于这些压力和温度影响，但它也需要进行温度标准化，因为它是局部测量值，而且不可表示封罩内的平均密度。理想气体定律由以下给出

，

其中，ρ是密度，M是气体的已知摩尔质量，p是压力，并且R是通用气体常数。虽然压力在GIS的封罩中是恒定的，其公差为大约100Pa，但密度取决于测量位置处的局部温度。因此容积中的温度分布正好与密度分布相互关联。再次，原则上可用以下方程使密度测量标准化

。

因此，与温度标准化测量相同的限制也适用，优选地，加上温度测量应当理想地为密度测量点处，以至少获得局部标准化密度的良好估计。

为了克服这些复杂问题，典型地通过在长时间间隔(几周至几年)上对测量值取平均数，以校平温度补偿不足引起的变化，来确定泄漏速率。

p-测量和ρ-测量的温度补偿旨在补偿压力和局部密度对温度的依赖性。在两种情况下，使用局部温度测量，希望它表示隔室中的平均温度。但是，在开关装置的运行期间或者当太阳辐射对封装加热时，形成大的温度梯度，从而导致对平均气体温度的估计不佳的局部温度测量。可通过使用散布在封装的外部周围的多个温度传感器来粗略地估计平均温度。为了使密度或p/T的趋势明显，在长的持续时间上对测量取平均数会导致泄漏检测延迟，并且因此不必要地污染环境。

已经试图在T-感测位置尽可能少的情况下，使用分布式温度传感器和计算流体动力学模拟来推导出容器中的平均温度。但是，此方法是不切实际的，因为它既不是一般的，也不能容易地扩展到任何给定的几何构造。至今仍然未能解决实际且快速地(即，在没有大量传感器或不花很长时间的情况下)确定平均气体温度的良好估计的问题。

发明内容

因而，本发明的目标是改进测量精度，并且因此改进泄漏检测时间，以及降低上面提到的类型的测量的成本。这个目标由这里完全引用的独立权利要求的主题实现。实施例源自从属权利要求和任何权利要求组合和描述与附图。