CN1260495A - 探测铠装的电接线中的内电弧的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种探测铠装的电接线(11)中的内电弧的方法,其特征在于在沿着包层(11)的固定位置探测由电弧产生并在所述的包层(11)内扩展的内压力骤增(6)的上升边缘(5)。还公开了一种装置,包括由压力传感器(14,15)构成的单向探测单元,压力传感器设在包层(11)的外面,并通过牛角形的导管(12,13)与包层(11)内部连接,导管相对于包层(11)的轴线倾斜,并有开口进入包层(11),导管的顶部与压力传感器(14,15)连接。

Description

探测铠装的电接线 中的内电弧的方法和装置

本发明涉及用于探测铠装的电接线，特别是长的例如100米长的电接线中内电弧的方法和装置。

当在铠装的电接线中发生短路电流时，在故障处产生在包层中的压力的增加，和该压力增加导致产生两个压力骤增，各压力骤增从发生短路电流处沿各自的方向扩展。通过探测压力骤增，可以观察到在线中故障的出现。最好定位故障发生的位置以便探测出反复的故障。

现时，通过用压力传感器测量平均压力的增加来测出由短路电流产生的压力骤增。为了这一目的，可以用密度变送器用来监视所述的包层段内的气体密度，各密度变送器包括一个压力传感器，其测量被作为温度函数补偿以便得到气体的密度。

产生的压力骤增比较小，例如约10％，而从故障处在包层内扩展的压力骤增在扩展时变弱，和其值从故障处往外减小。结果，这些探测器的敏感变低，不是总可以探测出在长段中发生的故障。

本发明的目的是改进探测的敏感性及确定短路电弧相对探测器的位置。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种探测在铠装电接线中的内电弧的方法，其特征在于在沿着包层的固定位置探测由电弧产生并在所述的包层内扩展的内压力骤增的上升边缘。

探测压力骤增的上升边缘的经过更方便，因为该振幅比平均压力变化大，这样明显增加了传感器的灵敏度。

按照本发明的另一特点，在两个相同的时间段中连续测量在包层内的压力，该两个时间段比上升边缘经过的时间短，且隔开比上升边缘经过的时间短的时间间隔，对各时间段中的测量曲线积分，确定该两积分值之间的差Δ，得到的压力差Δ与门槛值ΔP相比较。

介电气体的压力连续地监视，该算法使得可以测量两个接近的时刻的两个压力值，结果值与稳定的压力值无关，该稳定的压力值本身可以有波动。结果，明显地改进了精度，及改进了探测经过的压力骤增的灵敏度。

最好，所述的测量时间段等于所述的上升边缘经过的时间的一半，和所述的时间间隔等于所述的上升边缘经过的时间的一半。这些时间取决于在介电气体中压力波的扩展速度。

这使得可以比较分别与上升边缘的开始和上升边缘的结束相应的两时间段中的压力值使得在积分值之间的差值最大化了。

按照本发明的另一特点，探测是在要监视的包层段的中部进行的。

这样进一步改进了灵敏度，因为随着压力骤增的扩展，压力骤增衰减限制到与要监视的段的长度的一半相应的衰减。

本发明也提供了一种装置，其特征在于它包括由一个压力传感器构成的单向探测单元，压力传感器设在包层的外面并通过牛角形的导管与包层的内部连接，所述的导管相对于包层的轴线倾斜，并有开口进入包层，管道的顶部与压力传感器连接。

在要监视的段和传感器之间的最终的连接关系使得可以首先改进灵敏度，因为在构成锥形口的导管中产生附加的压力骤增。另外，形成的探测单元以单向方向的方式作用，并且仅仅对从与导管倾斜的方向相对的方向来的压力骤增敏感。

最好，包括一组至少两个单向探测单元，所述的单元有同样的探测方向并且相互紧邻设置，其导管以同样的方式倾斜。

这个结构通过减小传感器的失效而得到就故障位置而言的富裕度。

可以提供两组单向探测单元组，它们的导管沿相互相对的方向倾向和相互紧邻设置。

这样，通过使用四个探测单元，可以以好的灵敏度及高的可靠性来测出及定位在探测组的各侧发生的故障。

在本发明的一个实施例中，使用与两个导管平行连接的两个压力传感器，两个导管沿相互相对的方向倾斜和它们的顶部相互连通。

由于传感器的数目加倍了，这种结构可以形成有高灵敏度的及有探测富裕度的双向探测装置。

在本发明的另一实施例中，使用两个定向的探测单元，它们的导管沿相互相对的方向倾斜。

这样得到了双向探测装置可以定位故障处但并不支持传感器失效。

对于这两个实施例，最好使用两个传感器，用来监视介电气体的密度。这样可以较小的额外的成本来形成一个探测装置。

通过下面参照附图对作为非限制性的实例的说明可以更清楚本发明的其它特点和优点，附图中：

图1是解释压力波的现象的液压模拟；

图2示出所用的算法；

图3示出由连接导管得到的放大；

图4示出使用液压模拟的双向探测装置；

图5示出这种双向探测装置的实施例；

图6示出具有两个传感器的单向探测装置的实施例；和

图7是图6装置的剖面图。

图1示出了在铠装的电接线中短路引起的现象的液压分析，这种电接线也称为“铠装电缆”，铠装电接线的长度可以相当长，例如100m以上。

首先要提醒，在短时间内(本申请中指几秒钟)，压力的骤增(或波动)可考虑是绝热的，因为在上述期间内与外界的热交换可忽略。结果，由内电弧电流所贡献的热能使得在该电接线段中平均压力增加。

可以对一个水槽1作分析，在它的底部一些位置设有宽的液压缸-活塞系统(如图1a所示)。提起活塞(图1b)使水槽中的水的平均高度增加。

很明显，如果水槽较长，水的高度增加可忽略不计且难以测出。以比拟的方式，内电弧难以用沿着长的铠装电缆的平均压力的增加来探测出。

在系统2的各侧，出现一个波3，其振幅是系统2的特点(尺寸、活塞速度)的一个函数。波从系统2的位置传播开，如图1c-1e所示。

波的水位的变化的振幅比平均水位的变化更大，因此更容易探测出。

通过分析，考虑对一段铠装电缆，产生一个压力骤增比平均压力的变化更易测出。这一点由本申请人的实验证实了。

这就是为什么本发明建议探测压力骤增的通过，更具体地，随波动的经过测出所述的压力骤增的上升的边缘，该边缘比较陡，因此产生迅速的变化。因此探测出内电弧的灵敏度大大地增加。

图2示出测出所述的上升起的边缘的方法的算法。采用与包层相连的压力传感器，连续地测定在所述的包层中的介电气体的压力。图2a和2b示出压力骤增经过时，传感器4在时间t中压力p如何变化。

该测量对两个相邻的40ms的时间间隔，也就是从t-120ms到t-80ms及从t-40ms到t的两段间隔，连接的积分。这两段时间间隔各为40ms。该40ms的时间间隔是等于压力骤增6的上升边缘5经过传感器需要的时间的一半。如图2b所示，这使得可能测量及比较从t-120ms到t-80ms的时间间隔的正常的压力值与从t-40ms到t的时间间隔中峰压力附近的值。两个积分值之间的差按下式计算： $\mathrm{\Δ}={\∫}_{t-40}^t\mathrm{pdt}-{\∫}_{t-100}^{t-80}\mathrm{Pdt}$

当压力骤增6的上升边缘5正通过，该差值是正的，当该值大于门槛值ΔP(如图2b所示)，该门槛值比由内电弧产生的压力骤增的最小的可能值还略小一些，那么可得出结论放置压力传感器段的铠装电缆段中产生内电流故障。

如图3所示，按照本发明的另一特点，为了进一步改善测量的灵敏度，传感器4经过导管7与包层连接，导管的形状及方向形成接受压力骤增的勺。

导管7是牛角形的和构成一个锥形口。导管7的嘴部8与要监视的段的包层相连，而顶部9与压力传感器连接。

如图3所示，由于导管7这一部分的锥度(图3b)，使压力骤增的压差(图3中所示)被导管7放大了。因此可确定在含六氟化硫的铠装电缆的情形下，测量的门槛值ΔP在100mb-300mb的范围内。确定该门槛值是所用的介电气体和它在包层内的密度的函数。

图4示出一组两个相邻的单向探测单元，各由与传感器4，4’相连的导管7、7’构成。两个导管7、7’相对包层11的轴线相互相对地倾斜，导管7向右倾斜，和导管7’向左倾斜，使得各传感器4，4’只对从与其倾斜方向相对的方向的压力骤增是敏感的，传感器4对从图4中左方向来的压力骤增敏感，而传感器4’对从右方向来的压力骤增敏感。这一结构使得可以相对单向探测单元对故障定位。

另外，如果借助栅极保护装置已知内电弧出现的时刻，那么可仅通过测量时间就可确定在内电弧出现处和单向探测单元之间的距离，对于所用的介电气体，压力骤增的扩展速度是已知的。

最好，单向探测单元设在要监视的段的中部，使得可以限制在压力骤增扩展时它受阻尼的作用的限制，以改善要监视的长尺寸段的敏感性。

该两个传感器也可由通过测量介电气体的密度进行漏泄监视的传感器构成。因此图4所示的装置没有明显外加的成本。

图5图示出一组两个单向探测单元设在一个铠装的电缆上，电缆包括中心导体10，设在充满如在压力下的六氟化硫(SF₆)的介电气体的包层11中。两个导管12，13开口到包层11中，它们带一个角度沿相反的方向设置着。各导管与已知类型的压力传感器14，15相连，这些压力传感器可以是例如用来监视介电气体的密度的传感器。

为了有剩余度，最好在同一位置设四个单元使单向探测单元的数目加倍，也就是朝左方向两个，朝右方向两个。这样，可以减轻任何一个单元失效，特别是一个传感器失效，所造成的后果，可提高系统的灵敏度。如果要求有很高的可靠性，可以设三倍的单向探测单元组。

图6和7示出本发明的另一个实施例，其中，设有两个相反方向的导管20，21，它们的顶部连在一起，并与设成平行的两个传感器24，25相连。与图5所示的实施例那样，两个传感器已经设在包层11中用来监测介电气体的密度的传感器。在标号26处，可见一个注入阀，使得可以补偿探测到的任意的密度损失。

上述说明仅仅是对非限制性实例的说明，可以在如下面权利要求书限定的本发明的精神和范围内作出各种改型及变化。特别测量压力的时间值是压力骤增在介电气体中的扩展速度；因此，在SF₆-氮气的混合物的情形下，所说的时间更短，因为扩展速度比在SF₆中扩展速度高。

Claims (10)

1.一种探测在铠装电接线(11)中的内电弧的方法，其特征在于在沿着包层(11)的固定位置探测由电弧产生并在所述的包层(11)内扩展的内压力骤增(6)的上升边缘(5)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在两个相同的时间段中连续测量在包层内的压力，该两个时间段比上升边缘(5)经过的时间短，且隔开比上升边缘(5)经过的时间短的时间间隔，对各时间段中的测量曲线积分，确定该两积分值之间的差(Δ)，得到的压力差(Δ)与门槛值(ΔP)相比较。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于所述的测量时间段等于所述的上升边缘(5)经过的时间的一半。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于所述的时间间隔等于所述的上升边缘(5)经过的时间的一半。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于探测是在要监视的包层段的中部进行的。

6.一种实施权利要求1-5中任一项的方法的装置，其特征在于它包括由一个压力传感器(4，4’，14，15，24，25)构成的单向探测单元，压力传感器(4，4’，14，15，24，25)设在包层(11)的外面并通过牛角形的导管(7，7’，12，13，20，21)与包层(11)的内部连接，所述的导管相对于包层(11)的轴线倾斜，并有开口进入包层(11)，管道的顶部(22，23)与压力传感器(4，4’，14，15，24，25)连接。

7.按照权利要求6的装置，其特征在于包括一组至少两个单向探测单元，所述的单元有同样的探测方向并且相互紧邻设置，其导管以同样的方式倾斜。

8.按照权利要求7的装置，其特征在于包括两组单向探测单元组，它们的导管沿相互相对的方向倾斜和相互紧邻设置。

9.按照权利要求6的装置，其特征在于包括与两个导管(20，21)平行连接的两个压力传感器(24，25)，两个导管(20，21)沿相互相对的方向倾斜和它们的顶部(22，23)相互连通。

10.按照权利要求6的装置，其特征在于包括两个定向的探测单元(4，7，4’，7’；12，14；13，15)，它们的导管(7，7’；14，15)沿相互相对的方向倾斜。

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