CN111344920B - 填充容器的方法以及用于实施方法的服务设备 - Google Patents

Abstract

为了用具有第一组分和第二组分的电绝缘流体填充电能传输装置(1)的容器(2)而提供，从中间存储器(23)将第一组分引入容器(2)中并且从容器(2)的周围环境的大气中获取第二组分并且将其引入容器(2)中。

Description

填充容器的方法以及用于实施方法的服务设备

技术领域

本发明涉及用电绝缘流体填充容器、尤其是电能传输装置的压力容器的方法，所述电绝缘流体至少具有第一组分和第二组分。

背景技术

在公开文献DE 31 22 886 A1中已知一种用于填充并排空气体绝缘的电气设备和设施的壳体的方法。为了实施该已知的方法而提出：在分离容器上设置排气阀。通过适合地调温，该分离容器能够液化于该处使用的SF₆气体。如此能够将不希望的空气部分(比例)从SF₆气体中分离并且通过排气阀排出。

绝缘气体SF₆被不希望的空气比例污染是不可排除的。必要时，在较长时间的运行后才发生污染。由此不确定地影响了绝缘气体的绝缘强度。必须付出相应较高的成本例降低该空气比例。此外，随着尺寸的增加，运输更大量的绝缘气体被证明是成本高昂的。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种降低用于生产和维护长期稳定的高品质的电绝缘流体的成本的方法。

根据本发明，所述技术问题在开头所述的方法中通过以下方式来解决：将存在于中间存储器中的第一组分引入容器中，从容器的周围环境提取大气空气并将大气空气处理成第二组分，以及将所述第二组分引入容器中。

电能传输装置用于传送电能。通常为此使用电相导体，以电绝缘的方式布置该电相导体，以避免接地和短路。作为电绝缘介质，已证明环绕冲洗相导体的电绝缘流体是有利的。相应地，可至少区段性地在相导体上省去使用固体绝缘(绝缘体)。这具有的优点是：电绝缘的流体绝缘(绝缘体)是自修复的。当电绝缘中发生故障时，由于流体的流动行为可自发地关闭或者稳定出现的击穿通道或者部分放电点。密封封闭在容器内的、尤其在压力容器内的气体尤其适合作为电绝缘流体。当使用压力容器时，可将那里封闭的流体置于相对于周围环境不同的压力、尤其是过压(超压)下。必要时，流体也可在气相和液相下(以气相或液相)存在于压力容器的内部。但是优选地，流体应主要以气体形式存在于压力容器的内部。

通过使用具有第一组分和第二组分的电流体形成如下的流体，在该流体中并行地存在两种组分，即，两种组分不相互反应或者仅在可忽略的程度上反应(惰性组分)。相应地，两种组分能够以不同的比例存在于流体中。

在电能传输装置开始运转(Inbetriebnahme)之前用相应的电绝缘流体填充压力容器，使得布置在压力容器内部的相导体至少区段性地保持没有固体绝缘，并且被电绝缘流体环绕冲洗。电绝缘流体使相导体相对于容器的壁绝缘。另外，电绝缘流体可将布置在容器内部的并且具有彼此不同的电势的多个相导体相互电绝缘。随着电压的增加，应增大容器与所述多个相导体或相导体彼此之间的距离，以实现足够的电冲击宽度(电冲击距离，elektrischer Schlagweiten)。通过提高压力可抵消必要的冲击距离的异常强的增大。尤其在高压-和最高压区域，即当电压超过1000伏特、尤其超过10000伏特、30000伏特、70000伏特、140000伏特至超过1000000伏特时，通过提高压力可改善流体的介电稳定性。尽管进行了所有优化，但所需的电绝缘流体的量随着电压的增加而增加。随着电绝缘流体的量的增加，出现如何有效率地运输或者提供电绝缘流体量的问题。特定的组分能够以相对成本有利的方式区域性地获得。其他组分只能以成本高昂的方式在少数地方局部可用。相应地，两种组分的组合和运输组合的组分变得困难，尤其当从不同的地方获得这两种组分时。另一个可能性是：运输已经预装配的电绝缘流体，其中第一和第二组分已经以所需的浓度已经存在。由于需要较大的运输容器，预计此方法是成本高昂的。在此，成本低廉并且有效的用流体填充容器的方法是将第一组分暂存(vorhalten)在中间存储器中。该中间存储器可例如是在其中将第一组分从它的生产地运送至它的使用地的运输容器。中间存储器可例如是在过压下暂存其中所含的第一组分的压力容器。如果第一组分是相对成本高昂的，则第一组分在中间存储器中的这种运输是尤其有利的，使得运输具有经济意义。另外还可规定，以特别高的纯度使用第一组分，以提供具有足够的绝缘强度的电绝缘流体。可相应地将第一组分从中间存储器填充到电能传输装置的压力容器中。优选地，所述填充可直接进行，即没有第一组分的另外的处理/加工。优选地，第一组分具有比第二组分更高的介电强度。然而，取决于组分，在混合之前也可能需要处理。例如可能需要液化、汽化、调温等。

从容器的周围环境或者从中间存储器的周围环境可提取大气空气。在此，大气空气具有特征性组合，但其可根据提取地而变化。大气尤其可被异物污染，该异物可以不明确的方式改变大气空气的介电性。因此，处理来自容器或者中间存储器的周围环境的大气空气，使得能够产生从大气空气中获取的第二组分。经过处理后，第二组分可具有能忽略的的异物比例。该异物应在第二组分中形成小于1％的比例。异物为例如稀有气体如氩、氦、氖、氪。尤其在净化之后或者在从大气空气分离出不希望的部分之后，可将获得的第二组分引入容器中。相应地，在容器内产生具有第一和第二组分的电绝缘流体。两种组分并行地并且彼此混合地存在于电绝缘流体内。在此，第二组分在流体中通常具有比第一组分更高的(质量)百分比。

在用至少一种组分填充容器之前，在容器的内部产生优选至少一个负压。该负压可优选地低于20毫巴。由此可去除可污染电绝缘流体的异物。

可有利地规定：将第一组分先于第二组分引入容器中。

通过首先用第一组分填充容器，可与第二组分的生产地在空间上分离地将第一组分引入容器中。由此可补偿第一组分和第二组分的生产和转移到容器中的时间差异。例如可规定：将电能传输装置的容器例如作为制造过程的一部分在工厂中预制并且用第一组分填充，而在将能量传输装置的容器移动到例如其安装地点之后，随后将第二组分引入容器中。如此，第一组分可与电能传输装置的容器一起运输。

其他的有利的设计可规定：将第二组分先于第一组分引入容器中。

当例如出于测试目的(例如密封性测试或者压力测试)而首先部分地填充容器时，则可有利地将第二组分先于第一组分引入容器中。在使用压力容器时，这是特别有利的。尤其在第一和第二组分具有不同的危险潜力时，可例如在中性的第二组分的情况下使用该方式，以进行测试。在此，从经济和/或环境保护的观点来看，可接受第二组分的损失。在通过必要的测试后，可将第一组分添加到第二组分中。在此，第一组分或第二组分或多个组分的调温(加热)尤其可为有利的。由此可特别抵消至少一种组分的液化。

其他的有利的设计可规定：在引入容器之前，第一和第二组分相互接触。

可在容器之外就已经进行第一和第二组分的混合，使得在将电绝缘流体填入容器中时，第一和第二组分已经彼此混合。此类填充方式具有的优点是：第一和第二组分的混合可自动地例如在服务设备中发生，从而能够确保具有第一和第二组分各自的比例的混合物的质量。尤其也能确保，在完成容器填充后立即将两种组分完全(充分)混合，使得在容器的流体接收室中存在均匀的流体。在用电绝缘流体填充容器后不久，电能传输装置就已经具有足够的介电稳定性。

其他的有利的设计可规定：第一和第二组分形成二元或者三元气体混合物。

二元或者三元气体混合物的形成具有的优点是：减少电绝缘气体内的不同分子的数量。如此，对于二元气体混合物，在电绝缘气体中优选地存在两种分子类型。对于三元气体混合物，在电绝缘气体中存在三种分子类型。二元气体混合物优选具有氮或氧和氟。对于三元气体混合物，该气体混合物可优选具有氮和氧和额外的氟。

其他的有利的设计可规定：第二组分基本上具有氧和氮。

氧和氮的使用得以从大气空气产生第二组分，因为在大气空气中既存在氧又存在氮。在此，当在第二组分中氮具有比氧更高的含量时，则是有利的。氧可例如在第二组分中具有0至21％的含量，其中氮完全或者至少部分地、优选在79％至100％的程度上代表第二组分的剩余含量。

有利地，可进一步规定：第一组分具有比第二组分更高的介电强度。

尤其当从大气空气产生第二组分时，可大量地、以成本低廉的方式获得第二组分。通过使用具有更高介电强度的第一组分，使用少量的第一组分可在其介电强度上稳定或者改善第二组分。由此给出的可能性是：将第二组分用作载体流体(载流体)，其中第一组分代表掺杂流体，由此可实现简便地生或者简便地运输或者提供用于填充容器的电绝缘流体。

有利地，第一组分可为含氟化合物、尤其是有机氟化合物。

氟化合物通常对流体的电绝缘性产生积极影响。此外，在出现电弧现象的情况下，氟化合物具有灭弧性能。

另外，可为优选的是：至少一种有机氟化合物选自：氟腈例如全氟腈、氟醚例如氢氟单醚、氟烯烃例如氢氟烯烃、和氟酮例如全氟酮。

优选地，有机氟化合物可具有含至少三个碳原子的氢氟单醚、具有四个至十二个碳原子数、例如五或六个碳原子数的氟酮。

另外优选地，有机氟化合物可为全氟烷基腈，例如选自以下的化合物：全氟乙腈、全氟丙腈(C₂F₅CN)、全氟丁腈(C₃F₇CN)、全氟异丁腈((CF₃)₂CFCN)、全氟-2-甲氧基丙烷腈(CF₃CF(OCF₃)CN)或其混合物，如例如在WO 2015/071303 A1中描述的那些。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种服务设备，所述服务设备提供用于制备(Konfektionieren)第二组分的处理级联(Aufbereitungskaskade)，所述第二组分可在容器内至少部分地用作电绝缘的流体绝缘、尤其是气体绝缘。

根据本发明，通过如下方式来解决对于前述服务设备的技术问题：所述服务设备具有用于流体绝缘的第一组分的混合点。

借助服务设备允许例如从环绕该服务设备和/或电能传输装置的容器的大气空气制备第二组分。在此，服务设备具有处理级联，借助于该处理级联以连续的工作步骤特别实现大气空气的净化、即去除异物。可在服务设备上在如下的位置处提供混合点：在该位置处，第二组分处于已处理的状态下。因此，在已经存在净化的第二组分的时间点可进行第一和第二组分的结合。由此，例如在混合点处进行混合后能够将电绝缘的流体绝缘转移或引入电能传输装置的容器中。尤其是在使用压力容器时，如此可在压力容器的流体接收室中实现电绝缘流体的所需的压力负载或密度。如有必要，可将服务设备在此与容器连接。在完成容器的填充后或也在从容器中取出流体绝缘后，可移除(卸除)服务设备。以这种方式，服务设备可优选地被设计成可运输的，使得能够在不同的地点使用它。

可有利地规定：在混合点处将第一组分混合到经处理的第二组分中。

通过将第一组分混合到制备的第二组分中，能够通过混合得到电绝缘的流体绝缘。可根据需要在混合点处调节第一组分和第二组分的混合比例。

其他有利的设计可规定：第一组分具有比第二组分更高的介电强度。

通过使用相对于第二组分具有更高的介电强度的第一组分可将第二组分用作载体组分，通过掺杂第一组分改善该载体组分的介电强度。

附图说明

以下在附图中示意性地示出了本发明的实施例并且在下文中对其进行详细描述。在附图中：

图1示出了具有连接的服务设备的电能传输装置的横截面。

具体实施方式

在附图中示例性地示出了电能传输装置1。该电能传输装置1示例性地构造成流体绝缘的断路器。所述断路器具有所谓的外壳接地构型(罐式设计，Dead-Tank-Bauform)。此外，也可设想具有带流体接收室的容器的电能传输装置1的任何其他设计。因此，例如瓷柱式(Life-Tank-Bauweise)断路器或者所谓的气体绝缘的开关设备可用作电能传输装置1。除了具有流体接收室中的有源组件(可断通的组件)的电能传输装置1之外，电能传输装置1也可在流体接收室中仅具有无源组件。在无源组件(例如流体绝缘线、电缆终端等)中不出现开关过程。

电能传输装置1具有封装壳体2。所述封装壳体在此基本上被设计成具有基本上呈圆形的横截面的空心圆柱体。所述封装壳体2形成压力容器。空心圆柱体在端侧以流体密封的方式封闭。封装壳体2在其内部限定出流体接收室3。在所述流体接收室3中布置有相导体4。所述相导体4在此装配有开关装置5(有源组件)。所述相导体4居中地安装在封装壳体2中。电绝缘流体、尤其是气体在开关装置5周围延伸。为了电气式地接触相导体4，在封装壳体2上布置有外壳侧的接管(支柱)6。在外壳侧的接管6上布置有所谓的室外套管7。所述室外套管7用于使相导体4电绝缘地穿过封装壳体2的壁进入电能传输装置1的周围环境中。相导体4如此从电能传输装置1的周围环境进入封装壳体2中，在该处穿过开关装置5并且离开封装壳体2再次进入电能传输装置1的周围环境中。

封装壳体2的空心圆柱形的基体例如至少区段性地由导电的材料形成。封装壳体2的导电区段被施加地电势。封装壳体2或者流体接收室3形成流体密封的屏障，使得流体不能从流体接收室3中流出。

封装壳体2具有填充配件8。借助填充配件8使得能够用电绝缘流体填充流体接收室3或者将电绝缘流体从流体接收室3移除。为此，填充配件8具有阀，借助该阀可打开和关闭填充配件8。为了填充或者清空电能传输装置1的流体接收室3而提供服务设备9。所述服务设备9位置以可变的方式设计。服务设备9可例如构造在容器中或者容器平台上。服务设备9具有多个过滤装置10a、10b、10c、10d、10e。所述过滤装置10a、10b、10c、10d、10e中的每一个都用于处理从电能传输装置1的周围环境中提取的空气。在此，过滤装置10a、10b、10c、10d、10e级联式地构造，使得从电能传输装置1的周围环境中提取的大气空气的纯度随着经过的过滤装置10a、10b、10c、10d、10e的数量的增加而提高。过滤装置10a、10b、10c、10d、10e也可以称为零空气发生器(Nullluftgenerator)。第一过滤装置10a被设计为空气入口，其中大面积的空气进入开口配设有格栅状的屏障，以防止较大的异物体进入服务设备9中。跟随第一过滤装置10a的是第二过滤装置10b，在所述第二过滤装置中从流入的空气体积中去除颗粒和气溶胶。例如在第二过滤装置10b中也可以分离湿气，从而进行对流入的空气的干燥。在第三过滤装置10c中，可通过氧化从流入的空气中去除烃。为了促进氧化，可调节流入的空气的温度。可附加地使用催化剂，以便将气态的烃转化为例如二氧化碳CO₂和水H₂O并且之后将它们从第三过滤装置10c中去除。在第四过滤装置10d中，通过借助吸附过滤器对从周围环境中提取的大气空气的进一步处理，可进一步结合有机化合物例如烃的残留部分。在第五过滤装置10e中，可在细粉尘过滤器中对残留的异物颗粒进行机械净化。

通过鼓风机可促进空气穿过过滤装置10a、10b、10c、10d、10e。在穿过不同的过滤装置10a、10b、10c、10d、10e之后，形成经处理的、尤其是从周围环境中提取的用于电绝缘流体的第二组分。借助压缩机11可将经处理的从周围环境中提取的大气空气(第二组分)处于过压下并且在缓冲存储器12中缓冲(暂存)。压缩机11可承担鼓风机的功能，以便将空气流输送穿过过滤装置10a、10b、10c、10d、10e。借助缓冲存储器12例如可补偿在过滤装置10a、10b、10c、10d、10e中处理大气空气期间的波动。在缓冲存储器12的出口处连接有阀组件13。通过阀组件13的不同阀，可使暂存在缓冲存储器12中的经处理的大气空气流入电能传输装置的流体接收室3中。为此，阀组件13具有出口阀14。所述出口阀14在出口侧配设有耦连部位，以便通过可拆卸的管道15与电能传输装置1的填充配件8建立连接。阀组件13的出口阀14又与中间缓冲器出口阀16连接。通过所述中间缓冲器出口阀16能够关闭中间缓冲器12，使得可将经处理的空气体积封闭在中间缓冲器12内部。通过打开中间缓冲器出口阀16以及阀组件13的出口阀14，流体可从中间缓冲器12流入流体接收室3。

另外，阀组件13在相邻于出口阀14处具有混合装置21。借助所述混合装置21，将第一组分混合到流向出口阀14的或者从出口阀14出来的流体的流中。为此，混合装置21具有混入阀22。通过所述混入阀22能够从可运输的中间存储器23混入第一组分、例如含氟的第一组分。混入(混合)优选地在两种组分的气体状态下进行。为了实现确定的混合，混合装置21可具有调温装置(温度控制装置)，从而可进行加热或冷却。通过调温能够实现/稳定所需的组分的聚集态。混合装置21可具有质量流量控制器和气体混合泵。为达到所需的混合比例，可使用例如体积法、重量分析法或者分压法。在此可规定：将第一组分的混合物连续地混合到第二组分的流中，所述第二组分的流从缓冲存储器12流入电能传输装置1的流体接收室3中。但是也可规定：仅在将足够量的第二组分引入电能传输装置1的流体接收室3中完成之后，才通过混合装置21混入第一组分。备选地，也可在用第二组分填充电能传输装置1的流体接收室3之前，将第一组分通过混入阀22混入和将第一组分引入到电能传输装置1的流体接收室3中。在引入电能传输装置1之前，按需将第一组分与第二组分混合。但是，第二组分也可在第一组分之前或者之后引入流体接收室3中。可通过操作阀组件13的阀相应地控制时间上的顺序。

在中间缓冲器出口阀16以及阀组件13的出口阀14之间的管道中另外布置有抽吸分支管路17以及排出分支管路18。抽吸分支管路17和排出分支管路18各自都可通过阀关闭。排出分支管路18通入分离装置19中，从阀组件13中待放出的流体能够穿过所述分离装置。分离装置19确保将不应排放到电能传输设备1的周围环境中的物质分离。分离装置19尤其可具有用于转化氮氧化物的催化剂。另外，分离装置19可用于分离/分开在电能传输装置1中形成电绝缘流体的两种组分。分离装置19可例如具有用于过滤不同物质(例如分解产物)的过滤器。分离装置19可例如具有用于分离物质或组分的冷阱。尤其可将之前通过混入阀22输入的第一组分(例如含氟的有机化合物)分离。从第一组分分离出的空气(第二组分)可被再次排出到周围环境中。第一组分可保留在分离装置19中并且从那里被提取。

以下描述电能传输装置1的流体接收室3的填充。

假定电能传输装置1的流体接收室3填充有未定义的气体(例如未净化的大气空气)。首先打开填充配件8。中间缓冲器出口阀16关闭。同样，排出分支管路18中的阀关闭。抽吸分支管路17中的阀打开。同样，阀组件13的出口阀14打开。由此，借助处于抽吸分支管路17中的负压泵20能够将流体接收室3置于负压下。优选地，可在流体接收室3中产生真空。在流体接收室3抽真空期间，可并行地进行从电能传输装置的周围环境中提取的空气的净化。为此，例如可借助压缩机11从周围环境中抽吸空气穿过过滤装置10a、10b、10c、10d、10e，接着可将经处理的从周围环境中提取的大气空气泵送到缓冲存储器12中并且在那里将其置于过压下。随着流体接收室3的内部充分地实现真空，可关闭抽吸分支管路17。负压泵20可调节其工作。现在可打开中间缓冲器出口阀16并且使暂存在缓冲存储器12中的净化的大气空气进入阀组件13中。通过混合装置21可与净化的空气(第二组分)的流入在时间上相同地、以所需的浓度将来自中间存储器23的第一组分混合到第二组分的流中。现在基本具有混合的第一和第二组分的电绝缘流体可经过出口阀14和填充配件8在压差的驱使下流入流体接收室3中。但是，如果需要，可规定：首先流入第二组分(净化的空气)并且随后在阀组件13的阀的相应的开关下将第一组分流入流体接收室3中。如有必要，也可够执行相反的步骤，即，首先第一组分通过混入阀22流入流体接收室3中，并且在时间上随后地将第二组分(净化的空气)流入电能传输装置的流体接收室3中。

如果在流体接收室3中达到了足够的密度(特定温度下的特定压力)，则可关闭封装壳体2的填充配件8。同样可关闭中间缓冲器出口阀16。

以下应描述如何能够实施从流体接收室3中取出电绝缘流体。首先，填充配件8以及出口阀14通过管道15彼此管道连接。中间缓冲器出口阀16关闭。同样，抽吸分支管路17中的阀关闭。现在能够将排出分支管路18中的阀打开。随后可打开填充配件8以及出口阀14。在流体接收室3中的过压驱使下，处于该处的流体穿过填充配件8、管道15以及出口阀14流入现在被打开的排出分支管路18并且从该处流入分离装置19。在那里进行电绝缘流体的两种组分的分离。先前从电能传输装置1的周围环境中提取的第二组分被输送回电能传输装置1的周围环境中。分离的第一组分可保留在分离装置19中并且从该处被提取。作为组分分离的补充或备选，也可例如借助分离装置19中的催化剂进行其他物质的过滤/净化。为了促进从流体接收室3提取流体，也可在排出分支管路18中提供泵的布置。根据需要，抽吸分支管路17也可用于排出处于流体接收室3中的流体(必要时使用催化剂/过滤器)。随着排出分支管路18的关闭，完成从流体接收室3中通过服务设备9提取流体。根据需要，电绝缘流体也可通过混合装置21的混入阀22排出并且收集在合适的容器中。

Claims (13)

1.用电绝缘流体填充电能传输装置(1)的压力容器(2)的方法，所述电绝缘流体至少具有第一组分和第二组分，其特征在于，

将存在于中间存储器(23)中的第一组分引入所述压力容器(2)中，

从所述压力容器(2)的周围环境提取大气空气并且处理成第二组分以及将所述第二组分引入所述压力容器(2)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将所述第一组分先于所述第二组分引入所述压力容器(2)中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将所述第二组分先于所述第一组分引入所述压力容器(2)中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一组分和所述第二组分在引入所述压力容器(2)之前相互接触。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一组分和所述第二组分形成二元或三元气体混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第二组分基本上具有氧和氮。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一组分具有比所述第二组分更高的介电强度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一组分是含氟化合物。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一组分是有机氟化合物。

10.用于给电能传输装置(1)的压力容器(2)填充电绝缘流体的服务设备(9)，所述电绝缘流体至少具有第一组分和第二组分，所述服务设备(9)具有用于制备第二组分的处理级联(10a、10b、10c、10d、10e)，所述第二组分能在压力容器(2)内至少部分地用作电绝缘的流体绝缘，其特征在于，

所述服务设备(9)具有用于将存在于中间存储器(23)中的流体绝缘的第一组分引入所述压力容器(2)中的混合点(21)，

其中，所述服务设备(9)被配置为，从所述压力容器(2)的周围环境提取大气空气并且将所述大气空气处理成第二组分，以便将所述第二组分引入所述压力容器(2)中。

11.根据权利要求10所述的服务设备(9)，其特征在于，

在所述混合点(21)处将所述第一组分混合到经处理的第二组分中。

12.根据权利要求10或11所述的服务设备(9)，其特征在于，

所述第一组分具有比所述第二组分更高的介电强度。

13.根据权利要求10所述的服务设备(9)，其特征在于，所述流体绝缘为气体绝缘。

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