基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法技术

基于称重法的梯度充放气式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SF6气室内部的气体量进行精确测算的问题；本发明专利技术的方法采用测试装置对电气设备的SF6气室内的气体量测量时，当SF6气室内的压力偏高时，进行放气测量，当SF6气室内的压力偏低时，进行充气测量；充放气测量时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，再取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，提高了计算结果的精确度。提高了计算结果的精确度。提高了计算结果的精确度。

【技术实现步骤摘要】
基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法


[0001]本专利技术属于SF6测量设备
，涉及基于称重法的梯度充放气式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，已形成了“分散回收、集中处理、统一检测、循环利用”的工作模式，实现了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)对运行中电气设备的SF6气室内的体积进行测量时，存在SF6气室内的压力存在偏高或者偏低的情况，SF6气室内的压力偏高时，需要进行放气，SF6气室内的压力偏低时，需要进行充气；上述装置只能对SF6气室进行充气测量，不能同时测量两种情况下的SF6气室内的压力。
[0007](2)由于压力传感器的测量精度限制，对气室进行充放气时，如果一次性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，难以精确的得出实时的压力数值，计算结果的精确度难以保证。
[0008](3)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。
[0009]因此，基于现场生产需求，如何准确地对电气设备的SF6气室内部的气体量进行精确测算成为当前亟待解决的难题。

技术实现思路

[0010]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SF6气室内部的气体量进行精确测算。
[0011]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0012]基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一、对充放气测量装置内部进行抽真空操作，抽真空以后，分别测量放气罐(7)的质量数值m1、SF6钢瓶(22)的质量数值m2；
[0014]步骤二、检测SF6气室内部的初始气体压力和温度数值P0和T0，根据Beattie
‑
Bridgman经验公式计算得出此时SF6气室内气体密度数值ρ0；
[0015]步骤三、当SF6气室内的压力低于额定压力时，需要往SF6气室内充气，此时一直关闭手动阀(6)，采用充气式测定方法SF6气室容积；
[0016]步骤四、当SF6气室内的压力高于额定压力时，SF6气室需要向外放气，此时打开手动阀(6)，关闭第二电磁阀(8)以及减压阀(21)，采用放气式测定方法SF6气室容积。
[0017]本专利技术的方法采用测试装置对电气设备的SF6气室内的气体量测量时，当SF6气室内的压力偏高时，进行放气测量，当SF6气室内的压力偏低时，进行充气测量；充放气测量时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，再取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，提高了计算结果的精确度。
[0018]作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的充放气测量装置包括：充放气接口(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)、手动阀(6)、放气罐(7)、第二电磁阀(8)、缓冲罐(9)、压缩机(10)、制冷单元(11)、废气出口(12)、第三电磁阀(13)、第四电磁阀(14)、第五电磁阀(15)、真空计(16)、真空泵(17)、抽真空排气口(18)、第一称重装置(19)、第一固定框架(20)、减压阀(21)、SF6钢瓶(22)、第二称重装置(23)、第二固定框架(24)；所述的充放气接口(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)、手动阀(6)、放气罐(7)、第二电磁阀(8)、缓冲罐(9)、压缩机(10)、制冷单元(11)、废气出口(12)依次串联密封连接；第三电磁阀(13)的一端密封连接在缓冲罐(9)与压缩机(10)之间，第三电磁阀(13)的另一端密封连接在制冷单元(11)与废气出口(12)之间；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(14)、真空泵(17)、抽真空排气口(18)；真空计(16)通过第五电磁阀(15)密封连接在第四电磁阀(14)与真空泵(17)之间；SF6钢瓶(22)通过减压阀(21)密封连接在流量调节阀(5)与手动阀(6)之间；第一称重装置(19)、第二称重装置(23)分别安装于放气罐(7)、SF6钢瓶(22)的下方；放气罐(7)、SF6钢瓶(22)分别固定在第一固定框架(20)、第二固定框架(24)内；所述的充放气接口(1)以及废气出口(12)在不连接时能实现自封。
[0019]作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤一中所述的对充放气测量装置内部进行抽真空操作具体为：关闭第一电磁阀(2)、减压阀(21)，打开剩余所有阀门，启动真空泵(13)对装置内部管路进行抽真空，真空计(16)检测装置内部真空度，当真空度到达一定数值时关闭所有阀门、停止真空泵(17)。
[0020]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P0和T0，根据Beattie
‑
Bridgman经验公式计算得出此时SF6气室内气体密
度数值ρ0，具体为：
[0021]将充放气接口(1)接入SF6气室，只打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测SF6气室内气体压力、温度数值，记为P0、T0；将P0、T0代入Beattie
‑
Bridgman经验公式得：
[0022]P0＝(RT0B
‑
A)ρ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对充放气测量装置内部进行抽真空操作，抽真空以后，分别测量放气罐(7)的质量数值m1、SF6钢瓶(22)的质量数值m2；步骤二、检测SF6气室内部的初始气体压力和温度数值P0和T0，根据Beattie
‑
Bridgman经验公式计算得出此时SF6气室内气体密度数值ρ0；步骤三、当SF6气室内的压力低于额定压力时，需要往SF6气室内充气，此时一直关闭手动阀(6)，采用充气式测定方法SF6气室容积；步骤四、当SF6气室内的压力高于额定压力时，SF6气室需要向外放气，此时打开手动阀(6)，关闭第二电磁阀(8)以及减压阀(21)，采用放气式测定方法SF6气室容积。2.根据权利要求1所述的基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，所述的充放气测量装置包括：充放气接口(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)、手动阀(6)、放气罐(7)、第二电磁阀(8)、缓冲罐(9)、压缩机(10)、制冷单元(11)、废气出口(12)、第三电磁阀(13)、第四电磁阀(14)、第五电磁阀(15)、真空计(16)、真空泵(17)、抽真空排气口(18)、第一称重装置(19)、第一固定框架(20)、减压阀(21)、SF6钢瓶(22)、第二称重装置(23)、第二固定框架(24)；所述的充放气接口(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)、手动阀(6)、放气罐(7)、第二电磁阀(8)、缓冲罐(9)、压缩机(10)、制冷单元(11)、废气出口(12)依次串联密封连接；第三电磁阀(13)的一端密封连接在缓冲罐(9)与压缩机(10)之间，第三电磁阀(13)的另一端密封连接在制冷单元(11)与废气出口(12)之间；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(14)、真空泵(17)、抽真空排气口(18)；真空计(16)通过第五电磁阀(15)密封连接在第四电磁阀(14)与真空泵(17)之间；SF6钢瓶(22)通过减压阀(21)密封连接在流量调节阀(5)与手动阀(6)之间；第一称重装置(19)、第二称重装置(23)分别安装于放气罐(7)、SF6钢瓶(22)的下方；放气罐(7)、SF6钢瓶(22)分别固定在第一固定框架(20)、第二固定框架(24)内；所述的充放气接口(1)以及废气出口(12)在不连接时能实现自封。3.根据权利要求2所述的基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，步骤一中所述的对充放气测量装置内部进行抽真空操作具体为：关闭第一电磁阀(2)、减压阀(21)，打开剩余所有阀门，启动真空泵(13)对装置内部管路进行抽真空，真空计(16)检测装置内部真空度，当真空度到达一定数值时关闭所有阀门、停止真空泵(17)。4.根据权利要求2所述的基于称重法的梯度充放气式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P0和T0，根据Beattie
‑
Bridgman经验公式计算得出此时SF6气室内气体密度数值ρ0，具体为：将充放气接口(1)接入SF6气室，只打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测SF6气室内气体压力、温度数值，记为P0、T0；将P0、T0代入Beattie
‑
Bridgman经验公式得：P0＝(RT0B
‑
A)ρ
02
+RT0ρ0ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，A＝73.882
×
10
‑5‑
5.132105
×
10
‑7ρ，B＝2.50695
×
10
‑3‑
2.12283
×
10
‑6ρ，R＝56.9502
×
10
‑5，ρ为标准状态下SF6的气体密度，ρ0为充气前SF6气室内的气体密度，从公式(1)得出ρ0的数值。
5.根据权利要求2所述的基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法，其特征在于，步骤三中所述的采用充气式测定方法SF6气室容积，具体为：S1、根据SF6气室压力设定值分配多个阶段充气阈值，使用SF6钢瓶(22)给SF6气室充气，并实时监测SF6气室内的动态压力，若检测到SF6气室内的动态压力有上升至本阶段充气阈值的趋势时，则通过流量调节阀(5)控制充气流量使得SF6气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，压力平衡后，记录此时SF6气室的气体压力、温度数值为P1、T1以及此时SF6钢瓶(22)的质量数值m3；S2、根据检测到的本阶段充气过程中的压力和质量数值，计算SF6气室内的初始气体总质量m；根据Beattie
‑
Bridgman经验公式，将压力传感器(3)、温度传感器(4)在本阶段充气后检测到的数值P2、T2代入得：P2＝(RT2B
‑
A)ρ
12
+RT2ρ1ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，ρ1为充气后SF6气室内的气体密度；根据密度公式，由于SF6气室体积V不变，即充气前后的密度公式相减得：Δm1＝V
×
Δρ
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，Δρ为充气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ1＝ρ1‑
ρ0；再根据第二称重装置(23)在充气前后SF6钢瓶(22)的检测质量数值m2、m3相减得Δm1＝m2‑
m3，将Δρ1、Δm1代入式(4)，得气室体积V：SF6气室内初始的气体总质量m：其中，m为SF6气室内初始的气体总质量；S3、重复步骤S1、S2，进行下一阶段充气，直至达到SF6气室压力设定值，记录每个阶段充气的检测数据，根据每个充气阶段的检测数据，计算SF6气室内的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵跃，马凤翔，谢佳，田宇，袁小芳，徐霄筱，陈英，朱峰，杭忱，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：