六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法技术方案

六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，包括主控单元、气体传感检测单元和气体浓度检测单元，气体传感检测单元和气体浓度检测单元分别通过数据信号线与主控单元连接，气体浓度检测单元的检测端和气体传感检测单元均设置在高压开关设备。本发明专利技术还公开了六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统。本发明专利技术的主控单元通过气体传感检测单元和气体浓度检测单元来实时获得混合气体的压力、温度、浓度等参数，然后按照上述多元复合算法，最终得到混合气体的密度值，并在屏幕上实时显示混合气体的温度、压力、浓度、密度等检测量，系统可自动保存记录数据，方便以后通过历史查询功能对数据进行审查、研究之用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压电气设备绝缘
，尤其涉及一种六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法。
技术介绍
对六氟化硫(SF6)的混合气体作为绝缘介质的研究始于20世纪70年代，当时考虑用混合气体代替SF6气体的主要原因是，混合气体对电场不均匀性不像纯SF6气体那样敏感，可解决高寒地区的SF6的液化问题，降低气体绝缘设备的成本，但由于在均匀场中，相同气压的SF6混合气体的绝缘强度没有纯SF6气体的绝缘强度高，故仍用纯SF6作为气体绝缘介质。但随着社会的不断发展，随着国家越来越重视环保和节能减排，在这个大时代背景下，SF6气体的温室效益逐渐被环保专家所重视。1997年，京都会议已将SF6列为全球六种室气体之一，从此，国内外展开了大量的混合气体研究。目前来看，较有应用前景的是SF6/N2混合气体，从以往的各项研究表明，SF6/N2混合气体在放电时并没有新的毒物生成，且对电极表面缺陷的敏感程度较小，因而具有良好的应用前景。随着SF6/N2混合气体逐渐替代SF6纯气作为开关设备绝缘气体，势必会对SF6开关设备上安装的各类SF6密度继电器、SF6在线微水密度监测仪、SF6远传密度表等监测类设备的应用产生深远影响。虽然SF6/N2混合气体在物理化学特性上与SF6相似，但还是存在明显的区别，如果依然沿用老的SF6密度监测设备，不改变其核心算法，一定会造成测量误差的增大，无法满足相关国标计量要求。如果这样的设备安装到现场，轻者混合气体的各项参数指示不准确，严重的则会出现设备误动作、误报警等情况，严重威胁SF6开关设备的安全运行。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法，该系统能够实现SF6/N2混合气体密度的实时测量，满足类似应用环境下的监测、检验需求，监控高压开关设备的正常运行。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，包括主控单元、气体传感检测单元和气体浓度检测单元，气体传感检测单元和气体浓度检测单元分别通过数据信号线与主控单元连接，气体浓度检测单元的检测端和气体传感检测单元均设置在高压开关设备。六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统的监测方法，包括以下步骤：1）将气体传感检测单元和气体浓度检测单元安装到高压开关设备上，确保密封的严实；2）高压开关设备在正常运行过程中，主控单元通过气体传感检测单元获取SF6/N2混合气体的温度T和混合气体的压力P两种数据，气体浓度检测单元实时获取高压开关设备中SF6/N2混合气体的浓度比C0；3）在获得混合气体的温度T、混合气体的压力P和混合气体的浓度比C0数据的基础上，通过一种复杂的多元复合算法以及下面的方程式（1）求得被测气体的密度值，从而计算出混合气体的实时密度，实时密度实际是混合气体的压力P，行业内习惯称为密度，并在主控单元的显示器上显示；（1）其中：P，混合气体的压力，单位MPa；ν，混合气体的比容，单位m3/kg，在数值上等于密度的导数，即ρ=1/ν；T，混合气体的温度，单位K；C0，混合气体的浓度比；R，气体常数，单位为J/(kg*K)，数值为296.69；A0，M-H方程常数，单位为N*m4/kg2，数值为173.54；B0，M-H方程常数，单位为m3/kg数值为1.8011E-3；a，M-H方程常数，单位m3/kg，数值为9.3394E-4；b，M-H方程常数，单位m3/kg，数值为-2.4660E-4；c，M-H方程常数，单位m3*k3/kg，数值为1.498E+3；A，引用国标JB/T,10892-2008，数值为74.9*（1-0.727*10-3）/ν；B，引用国标JB/T,10892-2008，数值为2.51*10-3*（1-0.846*10-3/ν）/ν。步骤3）中方程式（1）从纯SF6气体和纯N2气体的状态方程出发，仔细分析了实际气体和理想气体的差别，并引入了压缩因子这一参数，用于计算气体不同状态之间的转换，然后根据道尔顿分压定律及亚麦加特容积定律，分析了混合气体的基本的变化规律，并通过不同的权重比，将纯SF6气体和纯N2气体的两个状态方程结合在一起，最后形成计算混合气体密度的计算方程式（1）。混合气体密度的计算方程式（1）的具体推导过程为：首先是SF6气体状态方程，通过方程式（2），求得SF6气体在任意温度、压力下的密度；(2)式中：P,气体压力，单位MPaγ，气体的密度，单位kg/m3T，气体热力学温度，单位为KA,B,都是常数然后是N2气体状态方程，通过方程式（3），求得N2气体在任意温度、压力下的密度；(3)式中：P,气体压力，单位MPa。v，气体的比容，在数值上等于1/ρ,单位m3/kgT，气体热力学温度，单位为KR，A0,B0,a,b,c都是常数根据实际混合气体混合公式可求得混合气体的状态方程如下：其中：P，混合气体的压力，单位MPa；ν，混合气体的比容，单位m3/kg，在数值上等于密度的导数，即ρ=1/ν；T，混合气体的温度，单位K；C0，混合气体的浓度比；R，气体常数，单位为J/(kg*K)，数值为296.69；A0，M-H方程常数，单位为N*m4/kg2，数值为173.54；B0，M-H方程常数，单位为m3/kg数值为1.8011E-3；a，M-H方程常数，单位m3/kg，数值为9.3394E-4；b，M-H方程常数，单位m3/kg，数值为-2.4660E-4；c，M-H方程常数，单位m3*k3/kg，数值为1.498E+3；A，引用国标JB/T,10892-2008，数值为74.9*（1-0.727*10-3）/ν；B，引用国标JB/T,10892-2008，数值为2.51*10-3*（1-0.846*10-3/ν）/ν。采用上述技术方案，本专利技术在算法实现上，主控单元通过气体传感检测单元和气体浓度检测单元来实时获得混合气体的压力、温度、浓度等参数，然后按照上述多元复合算法，最终得到混合气体的密度值，并在屏幕上实时显示混合气体的温度、压力、浓度、密度等检测量，系统可自动保存记录数据，方便以后通过历史查询功能对数据进行审查、研究之用，并能根据不同的设定值发出报警、闭锁等控制信号。综上所述，本专利技术是从物理学意义角度，依据特定的多元复合算法，得到的任意比例SF6与N2混合气体的密度，尤其适合3:7这一比例下的SF6/N2混合气体密度的测量工作。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，包括主控单元1、气体传感检测单元2和气体浓度检测单元3，气体传感检测单元2和气体浓度检测单元3分别通过数据信号线与主控单元1连接，气体浓度检测单元3的检测端和气体传感检测单元2均设置在高压开关设备4的排气管支路5上。图1中附图标记6为高压开关设备4的进气管。六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统的监测方法，包括以下步骤：1）将气体传感检测单元2和气体浓度检测单元3安装到高压开关设备4上，确保密封的严实，气体浓度检测单元3位于气体传感检测单元2和高压开关设备4之间；2）高压开关设备4在正常运行过程中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，其特征在于：包括主控单元、气体传感检测单元和气体浓度检测单元，气体传感检测单元和气体浓度检测单元分别通过数据信号线与主控单元连接，气体浓度检测单元的检测端和气体传感检测单元均设置在高压开关设备。

【技术特征摘要】
1.六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，其特征在于：包括主控单元、气体传感检测单元和气体浓度检测单元，气体传感检测单元和气体浓度检测单元分别通过数据信号线与主控单元连接，气体浓度检测单元的检测端和气体传感检测单元均设置在高压开关设备。2.根据权利要求1所述的六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将气体传感检测单元和气体浓度检测单元安装到高压开关设备上，确保密封的严实；2）高压开关设备在正常运行过程中，主控单元通过气体传感检测单元获取SF6/N2混合气体的温度T和混合气体的压力P两种数据，气体浓度检测单元实时获取高压开关设备中SF6/N2混合气体的浓度比C0；3）在获得混合气体的温度T、混合气体的压力P和混合气体的浓度比C0数据的基础上，通过一种复杂的多元复合算法以及下面的方程式（1）求得被测气体的密度值，从而计算出混合气体的实时密度，实时密度实际是混合气体的压力P，行业内习惯称为密度，并在主控单元的显示器上显示；（1）其中：P，混合气体的压力，单位MPa；ν，混合气体的比容，单位m3/kg，在数值上等于密度的导数，即ρ=1/ν；T，混合气体的温度，单位K；C0，混合气体的浓度比；R，气体常数，单位为J/(kg*K)，数值为296.69；A0，M-H方程常数，单位为N*m4/kg2，数值为173.54；B0，M-H方程常数，单位为m3/kg数值为1.8011E-3；a，M-H方程常数，单位m3/kg，数值为9.3394E-4；b，M-H方程常数，单位m3/kg，数值为-2.4660E-4；c，M-H方程常数，单位m3*k3/kg，数值为1.498E+3；A，引用国标JB/T,10892-2008，数值为74.9*（1-0.727*10-3）/ν；B，引用国标JB/T,10892-2008，数值为2.51*10-3*（1-0.846*10-3/ν）/ν。3.根据权利要求2所述的六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪献忠，李建国，赫树开，苏祥云，申晓聪，王三霞，
申请(专利权)人：河南省日立信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41