基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法技术

基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，属于SF6测量设备技术领域，解决如何准确地对电气设备的气室内部体积进行精确测算的问题，先对定容放气罐的容积进行标定；根据气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分阶段对气室进行放气并测量数据，各个阶段分别计算气室的体积与质量，再去各个阶段测得的数据的平均值，消除了由于压力传感器的测量精度限制，对气室进行放气时，一次性从初始值充到设定值进行一次测量存在的较大偶然误差问题，提高了计算结果的精确度；在放气测量过程中，控制放入气体流量，使得定容放气罐内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，装置不会出现气室内气体放出过多，导致气室内压力下降至报警值发出报警的情况。报警的情况。报警的情况。

【技术实现步骤摘要】
基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法


[0001]本专利技术属于SF6测量设备
，涉及基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法。

技术介绍

[0002]六氟化硫(SF6)气体因优良的绝缘和灭弧性能，已广泛应用于高、中压电气设备中。据统计，全球每年六氟化硫(SF6)气体产量在2万吨左右，约80％应用于电力行业。随着交/直特高压工程大量开建、投运，SF6气体的用量越来越大。但SF6气体温室效应是CO2的23900多倍，在空气中能够存在3200多年，是京都协议书禁止排放的六种气体之一。
[0003]电力行业六氟化硫电气设备数量巨大，大部分在运行设备铭牌未标注气体用量和设备容积(设备内含多种复杂结构，难以通过外形估算)，SF6气体放气量未知；部分新投运设备铭牌标注的SF6气体放气量不准确，且实际运行压力普遍高于额定压力值，因此，电气设备六氟化硫用气量的准确数据难以掌握，设备检修、退役时气体回收率无法管控，回收率不达标情况时有发生。
[0004]为控制和减少六氟化硫气体排放，形成“分散回收、集中处理、统一检测、循环利用”的工作模式，实现现场六氟化硫气体的回收、回充和净化处理。现有技术中，申请号为201821892226.7、公开日期为2019年6月7日的中国技术专利《一种SF6气体计量装置》，如图4所示，具体包括称重装置1、质量流量计2、自封接头3、连接头4、调压针阀5、第一压力表6、第二压力表7、加热装置8、气体钢瓶9。该装置可实时获取放气钢瓶重量、气体流量、钢瓶温度、操作前后的设备压力等数据，实现对SF6电气设备充补气数据以及气体钢瓶使用量的实时监控管理。该装置如对已被抽真空的气室进行充补气，可根据称重装置确定补放气后气室内存有SF6气体的量。
[0005]现有技术存在的缺点：
[0006](1)由于压力传感器的测量精度限制，对气室进行放气时，如果一次从初始值放到设定值、进行一次测量并计算气室体积以及气室内初始气体质量，测量必然存在较大的偶然误差，难以精确地测出实时的压力数值，计算结果的精确度难以保证。
[0007](2)在放气测量过程中，现有装置容易出现气室内气体放出过多，导致气室内压力下降至报警值发出报警的情况。
[0008]因此，基于现场生产需求，研发在运设备中六氟化硫气体存量的前端感知技术变得尤为重要，实时监控SF6气体全过程信息和设备状态参量成为当前亟待解决的难题。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于如何准确地对电气设备的气室内部容积进行精确测算。
[0010]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0011]基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，包括以下步骤：
钢瓶在对定容放气罐(6)放气前后的定容放气罐(6)内气体压力值；
△
nx为定容放气罐(6)放气前后的摩尔数变化量，T为外界环境温度。
[0030]作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤二中所述的检测定容放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值的方法具体为：关闭第一电磁阀(2)、打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容放气罐(6)内压力、温度数值，记为P
G0
、T
G0
。
[0031]作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤二中所述的检测SF6气室内部的初始气体压力和温度数值的方法具体为：将SF6气室通过放气接口(1)与放气测量装置连接，将放气接口(1)接入气室，关闭流量调节阀(5)，打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值。
[0032]作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的放气测量装置还包括第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、真空计(15)、真空泵(16)、排气口(17)；在第一电磁阀(2)、流量调节阀(5)之间密封连接出一条气路、依次连接第四电磁阀(13)、真空泵(16)、排气口(17)；真空计(15)通过第五电磁阀(14)密封连接在第四电磁阀(13)与真空泵(16)之间；
[0033]步骤二中所述的对定容放气罐(6)进行抽真空的方法为：关闭第一电磁阀(2)、打开第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)以及流量调节阀(5)，启动真空泵(16)对定容放气罐(6)内部进行抽真空，真空计(15)检测装置内部的真空度，抽真空结束后，关闭第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)以及流量调节阀(5)，停止真空泵(16)，防止往气室内充入杂质。
[0034]作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤三中所述的控制放入气体流量，使得定容放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，具体为：
[0035]1)在放气的过程中，压力传感器(3)实时监测SF6气室内的动态压力，判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向SF6气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小放气流量；
[0036]2)判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向SF6气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小放气流量；
[0037]3)判断动态压力离阈值本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向SF6气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小放气流量；直至达到本阶段放气阈值，此时关断流量调节阀(5)，本阶段放气过程结束。
[0038]作为本专利技术技术方案的进一步改进，放气过程结束后，先关闭第一电磁阀(2)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容放气罐(6)内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P
G1
、T
G1
；然后打开第一电磁阀(2)，关闭流量调节阀(5)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P
E2
、T
E2
；其中，P
E2
、T
E2
分别为放气结束后气室内的气体压力和温度数值；P
G1
、T
G1
分别为定容放气罐(6)向气室放气结束后定容放气罐(6)内的气体压力和温度数值。
[0039]作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤四中本阶段情况一下的SF6气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：
[0040]由气体状态方程得：
[0041]P
E0
V1＝n
E0
RT
E0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0042]P
E1
V1＝n
E1
RT
E1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用一个已知容积的定容放气罐(6)，在使用前先对定容放气罐(6)的容积V
G
进行标定；步骤二、检测定容放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值，记为P
G0
、T
G0
；检测SF6气室内部的初始气体压力和温度数值，记为P
E0
、T
E0
；判断P
G0
是否大于P
E0
，若P
G0
大于P
E0
，则需要对定容放气罐(6)进行抽真空；步骤三、根据SF6气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分多个阶段将SF6气室内的部分气体放入定容放气罐(6)中，并实时监测SF6气室内的动态压力，此时分为两种情况：情况一：若检测到SF6气室内的动态压力一直未下降至本阶段放气阈值，则等待SF6气室与定容放气罐(6)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P
E1
、T
E1
；情况二：若检测到SF6气室内的动态压力有下降至本阶段放气阈值的危险时，则在SF6气室放气至一定压力时，控制放入气体流量，使得定容放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，压力平衡后，记录此时SF6气室的气体压力、温度数值为P
E2
、T
E2
以及定容放气罐(6)的压力、温度数值为P
G1
、T
G1
；步骤四、采用气体状态方程与定容放气罐(6)的容积V
G
，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF6气室的体积与内部初始气体质量；步骤五、重复步骤三、四，进行下一阶段放气，直至达到SF6气室压力设定值，记录每个阶段放气的检测数据，计算每个阶段下SF6气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值；步骤六、检测完成后对定容放气罐(6)内部的SF6气体进行回收。2.根据权利要求1所述的基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，应用于放气测量装置，所述的放气测量装置包括：放气接口(1)、第一电磁阀(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、流量调节阀(5)、定容放气罐(6)；所述的放气接口(1)、第一电磁阀(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、流量调节阀(5)、定容放气罐(6)依次密封连接；步骤一中所述的在使用前先对定容放气罐(6)的容积V
G
进行标定的方法具体为：步骤a，在放气接口(1)出接入SF6钢瓶，SF6钢瓶出气口装有减压阀，在SF6钢瓶下放置称重装置，用于检测其质量变化；打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容放气罐(6)内气体压力、温度数值记为Px、T，记录此时称重装置数值为mx；步骤b，打开第一电磁阀(2)，调节减压阀使得SF6钢瓶往定容放气罐6内放气至一定压力，关闭第一电磁阀(2)；通过压力传感器(3)检测检测定容放气罐(6)内气体压力数值记为Py，记录此时称重装置数值为my；得出充入定容放气罐(6)的气体质量为(mx
‑
my)；步骤c，根据气体状态方程计算得出定容放气罐(6)容积V
G
，计算步骤如下：(Px
‑
Py)V
G
＝ΔnxRT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)得出定容放气罐(6)容积V
G
：其中，mx、my分别为SF6钢瓶在对定容放气罐(6)放气前后的质量；Px、Py分别为SF6钢瓶
在对定容放气罐(6)放气前后的定容放气罐(6)内气体压力值；
△
nx为定容放气罐(6)放气前后的摩尔数变化量，T为外界环境温度。3.根据权利要求2所述的基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，步骤二中所述的检测定容放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值的方法具体为：关闭第一电磁阀(2)、打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容放气罐(6)内压力、温度数值，记为P
G0
、T
G0
。4.根据权利要求2所述的基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，步骤二中所述的检测SF6气室内部的初始气体压力和温度数值的方法具体为：将SF6气室通过放气接口(1)与放气测量装置连接，将放气接口(1)接入气室，关闭流量调节阀(5)，打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值。5.根据权利要求2所述的基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，所述的放气测量装置还包括第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、真空计(15)、真空泵(16)、排气口(17)；在第一电磁阀(2)、流量调节阀(5)之间密封连接出一条气路、依次连接第四电磁阀(13)、真空泵(16)、排气口(17)；真空计(15)通过第五电磁阀(14)密封连接在第四电磁阀(13)与真空泵(16)之间；步骤二中所述的对定容放气罐(6)进行抽真空的方法为：关闭第一电磁阀(2)、打开第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)以及流量调节阀(5)，启动真空泵(16)对定容放气罐(6)内部进行抽真空，真空计(15)检测装置内部的真空度，抽真空结束后，关闭第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)以及流量调节阀(5)，停止真空泵(16)，防止往气室内充入杂质。6.根据权利要求2所述的基于定容法的梯度放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，步骤三中所述的控制放入气体流量，使得定容放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，具体为：1)在放气的过程中，压力传感器(3)实时监测SF6气室内的动态压力，判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向SF6气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小放气流量；2)判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向SF6气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小放气流量；3)判断动态压力离阈值本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的2％，如果不是...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵跃，袁小芳，宋玉梅，马凤翔，朱峰，李坚林，谢佳，祁炯，董王朝，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：