CN108896205A - 一种测量n2/sf6混合气体的温度特性曲线方法 - Google Patents
一种测量n2/sf6混合气体的温度特性曲线方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，通过向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力；在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力；根据每一额定压力下气瓶温度和对应的气瓶压力获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线。本发明的方法可以方便快捷的获取特定比例的N2/SF6混合气体的温度特性曲线，可以根据N2/SF6混合气体的温度特性曲线获得N2/SF6混合气体的温度特性，以便于密度继电器根据N2/SF6混合气体的温度特性对其测量的压力进行修正。
Description
技术领域
本发明涉及电器仪器的校验领域，尤其涉及一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法。
背景技术
密度继电器的作用就是能够根据SF6气体的温度特性对其测量的压力进行修正，从而正确的反映电力设备内SF6气体密度的变化情况。而密度继电器校验仪的作用就是要对密度继电器的压力测量精度和压力温度修正性能进行测试，从而判断密度继电器是否合格。
对于理想的纯净气体，各国科学家经过研究已经发现了温度特性曲线公式，尤其是对于纯净的SF6气体，普遍应用Beattie-Brideman(贝蒂-布里奇曼)方程进行温度特性的计算。这个方程已经收入《DL_T 259-2012六氟化硫气体密度继电器校验规程》，大家可以很方便地套用。
但是随着现代科学技术的发展和人们对环境问题的重视，SF6的温室效应得到越来越多的关注，尽量减少SF6的使用成为高压电器设备绝缘气体研究的方向。另外由于SF6气体的液化温度在常压下约为-62℃，当其充入高压电器设备时，气体压力为0.6MPa左右，在此压力下SF6液化温度约为-25℃。在我国北方，寒冷的冬季很可能使SF6发生液化，从而降低了绝缘强度，影响高压电器设备的正常工作，甚至造成危险事故。
基于以上两种原因，国内外开始寻找替代SF6气体的绝缘方案。目前，普遍认为，在找到替用品之前一个较好的办法是用混合气体代替纯SF6气体充当绝缘介质，以减少SF6气体的用量，同时降低绝缘气体的液化温度。经研究试验，混合气体可用N2/SF6或者CF4/SF6，其中N2/SF6混合气体具有工业应用前景，已在电力设备上普遍应用。对于应用N2/SF6混合气体的密度继电器的温度补偿方法就要按照N2/SF6混合气体的温度特性进行修正。同理，用于校验密度继电器的密度继电器校验仪也需要内置N2/SF6混合气体的温度特性曲线才能校验N2/SF6混合气体密度继电器。
对于N2/SF6混合气体，由于是两种气体的混合物，要计算它的温度特性就麻烦得多，由于对于SF6或N2单种气体的温度特性曲线公式是一个高次幂方程，其本身就比较复杂，而且与实际都有偏差，两种气体混合后，混合气体的温度特性曲线方程是两种气体的温度特性曲线方程的结合计算，增加了复杂性，而且与实际情况有一定的偏差，因此无法采用现有的温度特性曲线公式获得N2/SF6混合气体的温度特性。
发明内容
本发明提供一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，以方便快捷的获取某一密度的N2/SF6混合气体的温度特性曲线，以便于根据N2/SF6混合气体的温度特性曲线获得N2/SF6混合气体的温度特性。
本发明提供一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，所述方法包括：
向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力；
在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力；
根据每一额定压力下气瓶温度和对应的气瓶压力获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线。
进一步的，所述向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力，包括：
向所述气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力达到所述不同的预定压力中最高压力；
通过对所述气瓶逐步排气以使额定压力达到其余的预定压力；
其中所述额定压力为20℃下的压力。
进一步的，所述在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力，包括：
将所述气瓶置于高低温实验箱内，并以递增的趋势依次设定所述高低温实验箱的温度为所述不同的预定温度；
在每一预定温度下保持至所述气瓶温度稳定时，测定气瓶温度和气瓶压力。
进一步的，所述预定压力为0.4MPa～1.0MPa范围内的一个压力值；
所述预定温度为-20℃～40℃范围内的一个温度值。
进一步的，获取气瓶压力包括：通过与所述气瓶连接的压力表获取所述气瓶内的压力。
进一步的，获取气瓶压力包括：通过设置于所述气瓶内的压力传感器获取所述气瓶内的压力。
进一步的，获取气瓶温度包括：通过设置于所述高低温实验箱内的温度计获取所述气瓶所处环境温度作为所述气瓶温度。
进一步的，获取气瓶温度包括：通过设置于所述气瓶内的温度传感器获取气瓶内温度。
进一步的，所述获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线后，还包括：
通过查图法从所述N2/SF6混合气体的温度特性曲线中获取某一额定压力的任一温度对应的压力值。
进一步的，所述获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线后，还包括：
对于额定压力为任意两个相邻预定压力之间的任一压力时，获取该额定压力下任意一个气瓶温度对应的气瓶压力；
根据所获取的气瓶温度和气瓶压力以及所述N2/SF6混合气体的温度特性曲线中额定压力为该相邻预定压力对应的温度特性曲线，获取该额定压力下的温度特性曲线。
本发明提供的测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，通过向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力；在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力；根据每一额定压力下气瓶温度和对应的气瓶压力获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线。本发明的方法可以方便快捷的获取特定比例的N2/SF6混合气体的温度特性曲线，可以根据N2/SF6混合气体的温度特性曲线获得N2/SF6混合气体的温度特性，以便于密度继电器根据N2/SF6混合气体的温度特性对其测量的压力进行修正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法流程图；
图2为本发明实施例提供的测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法中所用实验装置的结构图；
图3为本发明实施例提供的混气比例为70：30的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例提供的测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法流程图。本实施例提供了一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，该方法具体步骤如下：
S101、向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力。
在本实施例中，由于高压电力设备可根据不同的应用场景和不同的环境温度下充入不同压力的N2/SF6混合气体，所以密度继电器根据N2/SF6混合气体的温度特性对其测量的压力进行修正时，则需要不同额定压力的温度特性，以适用不同的应用场景和环境温度。本实施例中的额定压力为标准温度为20℃时的压力，通过使气瓶内额定压力达到不同的预定压力以使不同充气量具有可比性。当然额定压力也可以为其他温度下的压力。本实施例中所述的不同的预定压力可以在0.4MPa～1.0MPa范围内选取不同的压力值，具体可以按照一定步长取值，例如以0.1MPa步长取值，预定压力可以为1.0MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa。此外由于不同比例的N2/SF6混合气体的温度特性曲线不同，因此要首先确定要测量的N2/SF6混合气体的比例，本实施例中是对混气比例为70：30的N2/SF6混合气体的温度特性曲线的测量，当然本实施例的方法也适用于其他比例的N2/SF6混合气体的温度特性曲线的测量。
S102、在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力。
在本实施例中，对于每一额定压力，将气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定，然后获取此时的气瓶温度和气瓶压力，作为气瓶中N2/SF6混合气体的温度和压力。其中所述的不同的预定温度可以在-20℃～40℃范围内选取不同的温度值，具体可以按照一定步长取值，例如以10℃步长取值，预定温度可以为-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃。本实施例中可以采用对气瓶进行阶梯升温并在每一温度下保温至气瓶温度稳定，也可以阶梯降温并在每一温度下保温至气瓶温度稳定。
S103、根据每一额定压力下气瓶温度和对应的气瓶压力获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线。
在本实施例中，通过重复S102步骤，对每一额定压力的不同预定温度下的气瓶温度和气瓶压力进行测量后，汇总所得到的数据，并拟合出每一额定压力下的温度-压力的特性曲线，从而得到该特定比例的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
本实施例提供的测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，通过向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力；在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力；根据每一额定压力下气瓶温度和对应的气瓶压力获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线。本实施例的方法可以方便快捷的获取特定比例的N2/SF6混合气体的温度特性曲线，可以根据N2/SF6混合气体的温度特性曲线获得N2/SF6混合气体的温度特性，以便于密度继电器根据N2/SF6混合气体的温度特性对其测量的压力进行修正。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，采用如图2所示的实验装置进行N2/SF6混合气体的温度特性曲线的测量。
其中该装置包括气瓶3、精密压力表1、以及充气接头2，其中，气瓶3用于充入待测的特定比例的N2/SF6混合气体，气瓶3连接精密压力表1，气瓶3上安装有带有手阀的充气接头2，用于连接充气设备以向气瓶3内充入N2/SF6混合气体；精密压力表1可以精确测量气瓶3内N2/SF6混合气体的压力。
本实施例中，S101所述的向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力，可以通过以下方式实现：
向所述气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力达到所述不同的预定压力中最高压力；
通过对所述气瓶逐步排气以使额定压力达到其余的预定压力；其中所述额定压力为20℃下的压力。
也即，首先在标准温度20℃下充入特定比例的N2/SF6混合气体达到最高的预定压力，然后进行该预定压力下的测量过程，然后再依次将气瓶温度恒定于20℃后进行排气，以使压力达到其余的预定压力，这样可以使得额定压力的调节更为便捷，不需要再次充气，提高N2/SF6混合气体的温度特性曲线的测量效率。
进一步的，S102所述的在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力，具体可通过以下方式实现：
将所述气瓶置于高低温实验箱内，并以递增的趋势依次设定所述高低温实验箱的温度为所述不同的预定温度；
在每一预定温度下保持至所述气瓶温度稳定时，测定气瓶温度和气瓶压力。
在本实施例中，采用高低温实验箱对温度进行控制，可以使得温度更为精确，可以实现本发明中从-20℃～40℃较宽范围的温度的灵活设置，并且以递增的趋势对气瓶进行试验，可以提高N2/SF6混合气体的温度特性曲线的测量效率。
本实施例中，对于气瓶压力的测量使用精密压力表1对气瓶内的压力进行测量，以提高压力测量的精度，当然也可通过设置于气瓶内的压力传感器获取气瓶内的压力。此外，对于气瓶温度的测量可以通过设置于高低温实验箱内的温度计获取气瓶所处环境温度作为气瓶温度，当然也可通过设置于气瓶内的温度传感器获取气瓶内温度。
对每一额定压力的不同预定温度下的气瓶温度和气瓶压力进行测量后，汇总所得到的数据，并拟合出每一额定压力下的温度-压力的特性曲线，从而得到该特定比例的N2/SF6混合气体温度特性曲线，此处不再赘述。
实施例三
本实施例提供一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，包括如下步骤：
1、采用如图2所示的装置，在保证气瓶不漏气的前提下，向气瓶内充入混气比例为70：30的N2/SF6混合气体，使得在标准温度20℃下气瓶压力达到1MPa。
2、将充气完毕后的气瓶放置于高低温实验箱内，设定高低温实验箱温度为-20℃，并通过设置于高低温实验箱内的精密温度计测量高低温实验箱内的实验温度，当高低温实验箱达到设定温度后稳定一段时间，以使气瓶温度达到温度平衡后，记录与气瓶连接的精密压力表的压力示值P1和高低温实验箱内精密温度计的温度示值T1。
3、设置高低温实验箱温度为-10℃，当高低温实验箱达到新的设定温度后稳定一段时间，记录与气瓶连接的精密压力表的压力示值P2和高低温实验箱内精密温度计的温度示值T2。
4、依次设定高低温实验箱实验温度分别为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃，重复上述步骤进行实验，得到各温度设定点的压力示值Pi和温度示值Ti。
5、汇总得到的数据，拟合出温度-压力的特性曲线，该曲线为标准压力20℃下额定压力为1MPa的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
6、将气瓶中的N2/SF6混合气体排放一部分，使得在标准压力20℃下额定压力达到0.9MPa。
7、重复上述2-5步骤，得到标准压力20℃下额定压力为0.9MPa的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
8、逐步将气瓶中的N2/SF6混合气体排放一部分，使得在标准压力20℃下额定压力依次达到0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4Mpa，在每一额定压力下均重复2-5步骤，依次得到额定压力为0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4Mpa的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
9、汇总各额定压力的N2/SF6混合气体温度特性曲线，得到最终的混气比例为70：30的N2/SF6混合气体温度特性曲线，如图3所示。
进一步的，在得到N2/SF6混合气体的温度特性曲线后，可以通过查图法从所述N2/SF6混合气体的温度特性曲线中获取某一额定压力的任一温度对应的压力值。
例如对于70：30的N2/SF6混合气体，20℃下额定压力为0.7MPa，通过查N2/SF6混合气体的温度特性曲线，可以得到0℃时为压力为0.65MPa。
实施例四
本实施例提供一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，在上述实施例获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线后，还可包括：
对于额定压力为任意两个相邻预定压力之间的任一压力时，获取该额定压力下任意一个气瓶温度对应的气瓶压力；
根据所获取的气瓶温度和气瓶压力以及所述N2/SF6混合气体的温度特性曲线中额定压力为该相邻预定压力对应的温度特性曲线，获取该额定压力下的温度特性曲线。
例如对于标准温度20℃下额定压力不是1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4MPa的N2/SF6混合气体，但额定压力在0.4～1.0MPa之间，就不能采用查图法直接获取所需要的压力值，而只能采用插值的方法计算获得接近真实值的折算值。具体的，可采用如下的方式根据该额定压力下任意一个气瓶温度对应的气瓶压力以及该相邻预定压力对应的温度特性曲线获取该额定压力下的温度特性曲线：
首先在任一温度Ta下测量气瓶压力为Pa，获得数据点A(Ta，Pa)，该点并不在已获得的N2/SF6混合气体的温度特性曲线上，过A点做垂直于温度轴的直线，与A相邻的两条温度特性曲线分别相交于B和C两点，A点到B、C两点的纵坐标距离比值等于A点对应的在20℃的额定压力值与B、C两点对应的在20℃的额定压力差值的比值，也即可以得到A点对应的在20℃的额定压力值P20，从而得到点E(T20，P20)。
过数据点A(Ta，Pa)和点E(T20，P20)做直线，即可得到标准温度20℃下额定压力为P20的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
采用本实施的方法可以得到标准温度20℃下额定压力在0.4～1.0MPa之间任意一压力值的N2/SF6混合气体温度特性曲线。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种测量N2/SF6混合气体的温度特性曲线方法，其特征在于，包括：
向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力；
在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力；
根据每一额定压力下气瓶温度和对应的气瓶压力获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力分别达到不同的预定压力，包括：
向所述气瓶中充入特定比例的N2/SF6混合气体以使额定压力达到所述不同的预定压力中最高压力；
通过对所述气瓶逐步排气以使额定压力达到其余的预定压力；
其中所述额定压力为20℃下的压力。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在每一额定压力下将所述气瓶置于不同的预定温度下至温度稳定时，获取气瓶温度和气瓶压力，包括：
将所述气瓶置于高低温实验箱内，并以递增的趋势依次设定所述高低温实验箱的温度为所述不同的预定温度；
在每一预定温度下保持至所述气瓶温度稳定时，测定气瓶温度和气瓶压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述预定压力为0.4MPa～1.0MPa范围内的一个压力值；
所述预定温度为-20℃～40℃范围内的一个温度值。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，获取气瓶压力包括：
通过与所述气瓶连接的压力表获取所述气瓶内的压力。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，获取气瓶压力包括：
通过设置于所述气瓶内的压力传感器获取所述气瓶内的压力。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，获取气瓶温度包括：
通过设置于所述高低温实验箱内的温度计获取所述气瓶所处环境温度作为所述气瓶温度。
8.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，获取气瓶温度包括：
通过设置于所述气瓶内的温度传感器获取气瓶内温度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线后，还包括：
通过查图法从所述N2/SF6混合气体的温度特性曲线中获取某一额定压力的任一温度对应的压力值。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取N2/SF6混合气体的温度特性曲线后，还包括：
对于额定压力为任意两个相邻预定压力之间的任一压力时，获取该额定压力下任意一个气瓶温度对应的气瓶压力；
根据所获取的气瓶温度和气瓶压力以及所述N2/SF6混合气体的温度特性曲线中额定压力为该相邻预定压力对应的温度特性曲线，获取该额定压力下的温度特性曲线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181127 |
|
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