CN112556775A - 基于称重法的梯度充放气式sf6气室容积测定方法 - Google Patents

基于称重法的梯度充放气式sf6气室容积测定方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法
技术领域
本发明属于SF6测量设备技术领域，涉及基于称重法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法。
背景技术
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。
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。
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日的中国实用新型专利《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。
现有技术存在的缺点：
(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。
(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。
(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。
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。
发明内容
本发明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。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
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：
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。
本发明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。
作为本发明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。
作为本发明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)。
作为本发明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：
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)ρ0 2+RT0ρ0 (1)
其中，A＝73.882×10-5-5.132105×10-7ρ，B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6ρ，R＝569502×10-5，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。
作为本发明技术方案的进一步改进，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)ρ1 2+RT2ρ1 (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：
Figure BDA0002803500420000061
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure BDA0002803500420000062
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气室内的初始气体总质量后再取其平均值。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S1中所述的通过流量调节阀(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的过程具体为：
1)在充气的过程中，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充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小充气流量，避免过充；
2)判断动态压力离本阶段充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小充气流量，避免过充；
3)判断动态压力离阈值本阶段充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小充气流量，避免过充；直至达到本阶段充气阈值，此时关断流量调节阀(5)，本阶段充气过程结束。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤四中所述的采用放气式测定方法SF6气室容积具体为：
Q1、根据SF6气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，打开流量调节阀(5)，分多个阶段将SF6气室内的部分气体放入放气罐(7)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气室与放气罐(7)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P2、T2以及放气罐(7)的质量数值m4；
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，通过流量调节阀(5)控制放入气体流量使得放气罐(7)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P3、T3以及放气罐(7)的质量数值m5；
情况二中的通过流量调节阀(5)控制放气流量使得SF6气室内气体压力缓慢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(2)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，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；
Q2：根据检测到的本阶段放气过程中的压力和质量数值，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF6气室内的初始气体总质量m；
Q3、重复步骤Q1、Q2，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气室内初始的气体总质量，再取其平均值；
Q4、检测完成后，回收放气罐(7)内的气体。
作为本发明技术方案的进一步改进，情况一下的SF6气室内的初始气体总质量m的计算方法为：
根据Beattie-Bridgman经验公式，将压力传感器(3)、温度传感器(4)在本阶段放气后检测到的数值P2、T2代入得：
P2＝(RT2B-A)ρ2 2++RT2ρ2 (6)
其中，ρ2为放气后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，放气前后的密度公式相减得：
Δm2＝V×Δρ2 (7)
其中，Δρ2为放气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ2＝ρ0-ρ2；
再根据第一称重装置(19)在放气前后对放气罐(7)检测的质量数值m1、m4相减得Δm2＝m1-m4，将Δρ2、Δm2代入式(8)，得气室体积V：
Figure BDA0002803500420000091
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure BDA0002803500420000092
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
作为本发明技术方案的进一步改进，情况二下的SF6气室内的初始气体总质量m的计算方法为：
根据Beattie-Bridgman经验公式，将压力传感器(3)、温度传感器(4)在本阶段放气后检测到的数值P3、T3代入得：
P3＝(RT3B-A)ρ3 2+RT3ρ3 (10)
其中，ρ3为放气后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，放气前后的密度公式相减得：
Δm3＝V×Δρ3 (11)
其中，Δρ3为放气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ3＝ρ3-ρ0；
再根据第一称重装置(19)在放气前后对放气罐(7)检测的质量数值m1、m5相减得Δm3＝m1-m5，将Δρ3、Δm3代入式(12)，得气室体积V：
Figure BDA0002803500420000093
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure BDA0002803500420000101
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤Q4中所述的回收放气罐(7)内的气体具体为：将废气出口(12)接入回收钢瓶，关闭流量调节阀(5)，打开第二电磁阀(8)，启动压缩机(10)，放气罐(7)内气体先流入缓冲罐(9)内，再经压缩机(10)增压流经制冷单元(11)进入回收钢瓶进行回收。
本发明的优点在于：
(1)本发明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。
(2)本发明的方法能够精确测量气体实时压力，在接近设定压力数值时能控制充放气流量，使得压力传感器能在气体稳定时进行检测，检测数据更加精确。
(3)对SF6气体进行回收的过程中，定容充放气罐与压缩机之间装有缓冲罐可避免压缩机带压启动，防止压缩机发生故障，提高装置的安全性、可靠性。
(4)在压缩机后端装有制冷单元可对经压缩机增压加热过的气体进行制冷，以此回收更多的SF6气体。
附图说明
图1是本发明实施例的充放气测量装置的结构图；
图2是本发明实施例的充气测定方法的流程图；
图3是本发明实施例的放气测定方法的流程图；
图4是本发明实施例的测定方法的梯度充放气控制算法流程图；
图5是现有技术的SF6气体计量装置结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
实施例一
如图1所示，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。
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：
1、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。
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，记录此时第一称重装置19、第二称重装置23分别检测的放气罐7、SF6钢瓶22的质量数值m1、m2。
2、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。
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)ρ0 2+RT0ρ0 (1)
其中，A＝73.882×10-5-5.132105×10-7ρ，B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6ρ，R＝569502×10-5，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。
3、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，如图2所示，所述的充气式测定方法包括以下步骤：
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；
假设SF6气室需要从0.7MPa充至0.8MPa，则SF6气室压力设定值为0.8MPa，若均分五个阶段进行充气(也可以不是均分，根据需要进行设定)，则每个阶段充气阈值为0.02MPa，那么五个阶段分别为：第一阶段从0.7MPa充至0.72MPa；第二阶段从0.72MPa充至0.74MPa；第三阶段从0.74MPa充至0.76MPa；第四阶段从0.76MPa充至0.78MPa；第五阶段从0.78MPa充至0.8MPa(SF6气室压力设定值)；记录每个阶段充气的检测数据。
如图3所示，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的过程具体为：
1)在充气的过程中，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充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径100％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀5孔径50％打开，减小充气流量，避免过充；
2)判断动态压力离本阶段充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径50％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀5孔径25％打开，减小充气流量，避免过充；
3)判断动态压力离阈值本阶段充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径25％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀5孔径10％打开，减小充气流量，避免过充；直至达到本阶段充气阈值，此时关断流量调节阀5，本阶段充气过程结束。
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)ρ1 2+RT2ρ1 (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：
Figure BDA0002803500420000151
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure BDA0002803500420000152
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
S3、重复步骤一至步骤四，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气室内的初始气体总质量后再取其平均值。
4、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，如图3所示，所述的放气式测定方法包括以下步骤：
Q1、根据SF6气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，打开流量调节阀5，分多个阶段将SF6气室内的部分气体放入放气罐7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气室与放气罐7之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P2、T2以及放气罐7的质量数值m4；
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，通过流量调节阀5控制放入气体流量使得放气罐7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P3、T3以及放气罐7的质量数值m5；
假设SF6气室需要从0.8MPa放至0.7MPa，则SF6气室压力设定值为0.7MPa，若均分五个阶段进行放气(也可以不是均分，根据需要进行设定)，则每个阶段放气阈值为0.02MPa，那么五个阶段分别为：第一阶段从0.8MPa放至0.78MPa；第二阶段从0.78MPa放至0.76MPa；第三阶段从0.76MPa放至0.74MPa；第四阶段从0.74MPa放至0.72MPa；第五阶段从0.72MPa放至0.7MPa(SF6气室压力设定值)；记录每个阶段放气的检测数据。
情况二中的通过流量调节阀5控制放气流量使得SF6气室内气体压力缓慢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2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，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。
Q2：根据检测到的本阶段放气过程中的压力和质量数值，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF6气室内的初始气体总质量m；
情况一下的SF6气室内的初始气体总质量m的计算方法为：
根据Beattie-Bridgman经验公式，将压力传感器3、温度传感器4在本阶段放气后检测到的数值P2、T2代入得：
P2＝(RT2B-A)ρ2 2+RT2ρ2 (6)
其中，ρ2为放气后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，放气前后的密度公式相减得：
Δm2＝V×Δρ2 (7)
其中，Δρ2为放气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ2＝ρ0-ρ2；
再根据第一称重装置19在放气前后对放气罐7检测的质量数值m1、m4相减得Δm2＝m1-m4，将Δρ2、Δm2代入式(8)，得气室体积V：
Figure BDA0002803500420000171
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure BDA0002803500420000172
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
情况二下的SF6气室内的初始气体总质量m的计算方法为：
根据Beattie-Bridgman经验公式，将压力传感器3、温度传感器4在本阶段放气后检测到的数值P3、T3代入得：
P3＝(RT3B-A)ρ3 2+RT3ρ3 (10)
其中，ρ3为放气后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，放气前后的密度公式相减得：
Δm3＝V×Δρ3 (11)
其中，Δρ3为放气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ3＝ρ3-ρ0；
再根据第一称重装置19在放气前后对放气罐7检测的质量数值m1、m5相减得Δm3＝m1-m5，将Δρ3、Δm3代入式(12)，得气室体积V：
Figure BDA0002803500420000181
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure BDA0002803500420000182
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
Q3、重复步骤Q1、Q2，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气室内初始的气体总质量，再取其平均值。
Q4、检测完成后，回收放气罐7内的气体。将废气出口12接入回收钢瓶，关闭流量调节阀5，打开第二电磁阀8，启动压缩机10，放气罐7内气体先流入缓冲罐9内，再经压缩机10增压流经制冷单元11进入回收钢瓶进行回收。
以上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精神和范围。

Claims (10)

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)ρ0 2+RT0ρ0 (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)ρ1 2+RT2ρ1 (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：
Figure FDA0002803500410000041
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure FDA0002803500410000042
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气室内的初始气体总质量后再取其平均值。
6.根据权利要求5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S1中所述的通过流量调节阀(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的过程具体为：
1)在充气的过程中，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充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小充气流量，避免过充；
2)判断动态压力离本阶段充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小充气流量，避免过充；
3)判断动态压力离阈值本阶段充气阈值是否小于等于本阶段充气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向SF6气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小充气流量，避免过充；直至达到本阶段充气阈值，此时关断流量调节阀(5)，本阶段充气过程结束。
7.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，步骤四中所述的采用放气式测定方法SF6气室容积具体为：
Q1、根据SF6气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，打开流量调节阀(5)，分多个阶段将SF6气室内的部分气体放入放气罐(7)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气室与放气罐(7)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P2、T2以及放气罐(7)的质量数值m4；
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，通过流量调节阀(5)控制放入气体流量使得放气罐(7)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P3、T3以及放气罐(7)的质量数值m5；
情况二中的通过流量调节阀(5)控制放气流量使得SF6气室内气体压力缓慢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(2)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，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；
Q2：根据检测到的本阶段放气过程中的压力和质量数值，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF6气室内的初始气体总质量m；
Q3、重复步骤Q1、Q2，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气室内初始的气体总质量，再取其平均值；
Q4、检测完成后，回收放气罐(7)内的气体。
8.根据权利要求7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，情况一下的SF6气室内的初始气体总质量m的计算方法为：
根据Beattie-Bridgman经验公式，将压力传感器(3)、温度传感器(4)在本阶段放气后检测到的数值P2、T2代入得：
P2＝(RT2B-A)ρ2 2+RT2ρ2 (6)
其中，ρ2为放气后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，放气前后的密度公式相减得：
Δm2＝V×Δρ2 (7)
其中，Δρ2为放气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ2＝ρ0-ρ2；
再根据第一称重装置(19)在放气前后对放气罐(7)检测的质量数值m1、m4相减得Δm2＝m1-m4，将Δρ2、Δm2代入式(8)，得气室体积V：
Figure FDA0002803500410000071
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure FDA0002803500410000072
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
9.根据权利要求7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，情况二下的SF6气室内的初始气体总质量m的计算方法为：
根据Beattie-Bridgman经验公式，将压力传感器(3)、温度传感器(4)在本阶段放气后检测到的数值P3、T3代入得：
P3＝(RT3B-A)ρ3 2+RT3ρ3 (10)
其中，ρ3为放气后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，放气前后的密度公式相减得：
Δm3＝V×Δρ3 (11)
其中，Δρ3为放气前后SF6气室内气体的密度变化值，Δρ3＝ρ3-ρ0；
再根据第一称重装置(19)在放气前后对放气罐(7)检测的质量数值m1、m5相减得Δm＝3＝m1-m5，将Δρ3、Δm3代入式(12)，得气室体积V：
Figure FDA0002803500410000073
SF6气室内初始的气体总质量m：
Figure FDA0002803500410000074
其中，m为SF6气室内初始的气体总质量。
10.根据权利要求7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Q4中所述的回收放气罐(7)内的气体具体为：将废气出口(12)接入回收钢瓶，关闭流量调节阀(5)，打开第二电磁阀(8)，启动压缩机(10)，放气罐(7)内气体先流入缓冲罐(9)内，再经压缩机(10)增压流经制冷单元(11)进入回收钢瓶进行回收。
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