[發明專利]電氣設備中基于溫度的液位估計

在審

• 申請號: 202010588581.0
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN112149048A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: S.普拉丹
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: G06F17/15
• 分類號: G06F17/15;G01F23/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;陳嵐

電氣設備中基于溫度的液位估計。提供了一種用于預測流體填充的電氣設備的性能的方法和系統。系統包括可操作地與液位估計系統通信的感測單元。感測單元具有可物理地安裝在電氣設備上和/或電氣設備周圍的一個或多個傳感器（S1，S2，S_ref，S_ambient），記錄與流體（106）和周圍環境相關聯的溫度數據。液位估計系統確定流體的溫度（?_S1，?_S2，?_ref）和周圍溫度（?_ambient），基于它們與周圍溫度（?_ambient）的相關性針對溫度（?_S1，?_S2，?_ref）中的一個或多個生成特征矢量，并基于特征矢量和概率密度函數來估計電氣設備內的液位，并且由此估計性能，所述概率密度函數從使用與電氣設備相關聯的歷史溫度梯度數據構造的分布中導出。

本發明涉及電力工業裝備的監視和維護。更特別地，本發明涉及一種電氣設備，該電氣設備具有殼體（諸如箱）、芯和冷卻單元，該冷卻單元具有例如一個或多個散熱器片。這樣的電氣設備是本領域技術人員已知的。這樣的公知的電氣設備是例如變壓器（例如油冷變壓器），或電抗器（reactor）。變壓器被廣泛用作用于降低（step-down）電壓電平以便使得能夠從發電廠在遠距離上傳輸電力的設備。根據變壓器處置的電力，它們被分類為電力變壓器（ 200 MVA）或配電變壓器（ 200 MVA）。由于變壓器在如此高功率下降低電壓，因此在此過程期間效率中的任何損失都導致功率損失轉化為熱量。

圖1圖示了現有技術的變壓器100的熱模型，如上面提到的那樣。變壓器100包括：殼體101；定位在殼體101內的芯102；至少部分地圍繞芯102的繞組元件103，使得芯102和繞組元件103被浸入流體106（例如，任何絕緣流體106，諸如油）中；適應基于溫度變化的流體體積的膨脹的儲油器104；以及包括例如一個或多個散熱器片的冷卻單元105，用于散熱。在操作時，從變壓器100的芯102和繞組103損失的功率經由油浴（bath of oil）106被傳送到圍繞變壓器100的周圍環境，如由熱流箭頭q_loss、q_oil和q_env所指示的那樣。油106通過散熱器片105循環，其由用于散熱的油流箭頭指示。油106通過對流充當用于散熱的介質，由此防止變壓器100加熱超過其額定容量。隨著變壓器100老化，儲油器104、殼體101和/或散熱器片105很可能產生裂紋，由于所述裂紋，油106可能在一段時間內泄漏出去（leak out）。當油位下降到某個閾值以下時，變壓器100過熱，并且如果過熱繼續，則存在變壓器100爆炸的風險，從而導致生命和財產的損失。為了防止這種情況發生，重要的是監視變壓器100中的絕緣流體106的液位，并且當該液位下降到預定閾值以下時觸發重新填充請求。此外，在某些地區，尤其是偏遠地區還報道了從變壓器100盜油106。因此，檢測這些盜竊并發出警報以重新填充損失的油106，以避免變壓器100的災難性故障，這是必要的。

常規變壓器具有測量變壓器箱的底部處的壓力的內置感測技術，以便確定變壓器中包含的絕緣流體的液位。然而，這僅限于為電網中的許多配電變壓器供電的重型變壓器。對于配電變壓器，這樣的感測方法的存在是未知的。此外，采用壓力感測技術對于已經被調試和安裝的變壓器來說是不可行的，因為這是侵入性技術，其需要在變壓器上安裝侵入性感測設備，并且要求停用（decommissioning）變壓器，以及從變壓器中排出油。這是巨大的工作，并且在停電期間造成不便。此外，在其中盜油是普遍的地區中，這樣的壓力傳感器的盜竊也可能由此發生，從而使該技術非常昂貴。

本領域中已知的用于感測流體填充的電氣設備（例如，基于溫度的油填充的變壓器）中的流體的參數（諸如液位、質量、體積等）的常規非侵入性技術涉及連續參數感測。這要求連續記錄大量的數據，從而導致大量的處理時間和精力。此外，這樣的技術通常需要通過感測變壓器的輸入和輸出處的電流和電壓來進行功率損失測量，這進一步使數據獲取復雜化并且增加了感測的整體成本。