用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置及其补气方法

摘要

用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置及其补气方法，涉及一种用于高寒地区的气体补气装置，本发明为解决现有混合气体绝缘设备在高寒低温条件下气体难以补充的问题。本发明用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置的补气方法，进行SF

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高寒地区的气体补气装置。

背景技术

六氟化硫气体具有优异的绝缘和灭弧性能，是高压电气设备主要绝缘介质。在我国内蒙、新疆、青海和黑龙江等高寒地区，冬季气温很低，有时甚至会低于-40℃。为了提高电气设备的充气压力，同时又必须保证气体在低温条件下不发生液化，开始逐渐采用六氟化硫混合气体(SF₆/CF₄或SF₆/N₂)为绝缘介质代替纯六氟化硫气体，同时起到了环保节能和减排的作用。

在一定气体压力范围内，气体的绝缘和灭弧性能与气体压力呈正线性关系，当气体压力由于设备泄漏而降低时，其绝缘性能和灭弧性能会大幅度降低，严重时会威胁设备的安全运行。对于气体绝缘高压电气设备，设备型式、电压等级、开断容量和灭弧室结构等参数决定了设备的额定充气压力，以保证气体的绝缘强度和灭弧性能。通常所规定的额定充气压力都是20℃条件下的，为了保证设备的安全运行，同时规定了设备的报警压力，对于高压断路器还规定了设备的闭锁气体压力。当设备气体压力降至报警压力时，发出报警信号；当气体压力降至闭锁压力时，发出闭锁信号，此时设备闭锁，不能进行合闸或分闸操作。

因此，监测和保证气体绝缘高压电气设备中的气体压力是及其重要的，而在高寒地区，冬季气温很低，电气设备的密封性能会降低，经常出现气体泄漏，有时泄漏很严重，甚至威胁了设备的运行安全，因此必须及时将设备内气体压力补充至额定压力。对于以混合气体(SF₆/CF₄或SF₆/N₂)为绝缘介质的高压电气设备，冬季气体补充是一项及其困难的工作，一方面，冬季气温很低，液态六氟化硫气体很难汽化；另一方面，充气用的装置、管路和仪表等在低温时不能正常工作，经常出现气体管路冻裂、仪表不工作和阀门打不开或卡涩等故障；第三，目前通常用设备上安装的压力表的指示值为计量依据来补气；或只用SF₆气体将设备中气体压力补充至额定值，使设备中混合气体的体积比例偏离了额定值，极大影响了设备的运行安全。

专利CN103591452B和CN 303533189U分别公开了一种电气设备用混合气体充气装置，该装置是采用节流阀、流量计、充气电磁阀和气缸相结合方式控制充气流量和混合气体比例，气体比例是以单一的体积比来控制的，不能实现以质量比控制(因为需要知道不同温度、压力条件下的气体密度，通过计算才能得知质量比)，不能用于以气体质量比控制的设备充气，而且该装置不能用于低温条件下的气体补充。另外，装置中没有设计真空泵，不能对充气装置和混合气体出口管路抽真空，在充气过程中会带入杂质气体。

专利CN92107330.5公开了一种混合气体配置方法及装置，其是以单一体积的气缸为容器，通过计算混合气体中各组分气体的比例，然后通过压力控制混合气体的配制。该装置和方法不能灵活调整气体比例；同时，通过压力控制气体组分混合比例，精度没有流量计高；该装置由于采用定容原理，因此气体配置能力小，不能实现大流量的混合气体配制，另外，装置设计和配置也不能由于高寒低温环境。另外，装置中没有设计真空泵，不能对充气装置和混合气体出口管路抽真空，在充气过程中会带入杂质气体。

专利CN 0323990.1公开了一种用于镁合金熔炼保护的在线混合供气装备，该设备利用质量流量控制气体比例，精度较高，但其设备设计、硬件配置和结构，不能用于寒冷条件下的供气，供气量也较小，不适合现场应用。

发明内容

本发明目的是为了解决现有混合气体绝缘设备在高寒低温条件下气体难以补充的问题，提供了一种用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置及其补气方法。

本发明所述用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置，该装置安装在安装有车轮的保温室内，包括SF₆气体充气管路、CF₄气体充气管路和N₂气体充气管路；

SF₆气体的气体输入端口依次通过球阀、手动阀和电磁调压阀连接热风加热器的气体输入端，球阀和手动阀之间的气体管路上安装有压力表，热风加热器的气体输出端连接第一质量流量计的气体输入端，热风加热器和第一质量流量计之间的气体管路上依次安装有压力表和温度传感器；

CF₄气体的气体输入端口依次通过球阀、手动阀和电磁调压阀连接第二质量流量计的气体输入端，球阀和手动阀之间的气体管路上安装有压力表，电磁调压阀和第二质量流量计的气体输入端之间的气体管路上安装有压力表；

N₂气体的气体输入端口依次通过球阀、手动阀和电磁调压阀连接第三质量流量计的气体输入端，球阀和手动阀之间的气体管路上安装有压力表，电磁调压阀和第三质量流量计的气体输入端之间的气体管路上安装有压力表；

第一质量流量计的气体输出端、第二质量流量计的气体输出端和第三质量流量计的气体输出端同时通过手动阀连接气体混合器的气体输入端，气体混合器上安装有电动搅拌器和第一压力传感器，气体混合器的气体输出端通过手动阀连接气体增压泵的气体输入端，气体增压泵的气体输入端同时通过两个手动阀连接真空泵，两个手动阀之间的气体管路上安装有真空传感器，气体增压泵的气体输出端依次通过手动阀和单向阀连接混合气体输出端口，手动阀和单向阀之间的气体管路上安装有第二压力传感器；

该气体补气的装置还包括控制器，控制器分别接收温度传感器检测的温度信号、真空传感器检测的真空信号、第一压力传感器和第二压力传感器检测的压力信号，控制器分别控制第一质量流量计、第二质量流量计、第三质量流量计和气体增压泵；

该气体补气的装置还包括电加热空调器，安装在有车轮的保温室内。

本发明所述用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置的补气方法，进行SF₆气体和CF₄气体的混合充气时，关闭N₂气体充气管路上的球阀和手动阀；进行CF₄气体和N₂气体的混合充气时，关闭SF₆气体充气管路上的球阀和手动阀；进行SF₆气体和N₂气体的混合充气时，关闭CF₄气体充气管路上的球阀和手动阀。

本发明的优点：为了解决高寒低温条件下混合气体绝缘设备气体补充的难题，本发明提供了一种用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置，装置采用封闭保温室进行保温，户外的气体管路采用耐低温的不锈钢金属软管；六氟化硫气体钢瓶加装铝合金加热套，保证气体汽化速率。装置结构简单，气体混合比例准确度高、充气速度快、操作简单，便于现场混合气体的补气。

附图说明

图1是本发明所述用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置，该装置安装在安装有车轮的保温室内，包括SF₆气体充气管路、CF₄气体充气管路和N₂气体充气管路；

SF₆气体的气体输入端口依次通过球阀、手动阀和电磁调压阀连接热风加热器1的气体输入端，球阀和手动阀之间的气体管路上安装有压力表，热风加热器1的气体输出端连接第一质量流量计2-1的气体输入端，热风加热器1和第一质量流量计2-1之间的气体管路上依次安装有压力表和温度传感器7；

CF₄气体的气体输入端口依次通过球阀、手动阀和电磁调压阀连接第二质量流量计2-2的气体输入端，球阀和手动阀之间的气体管路上安装有压力表，电磁调压阀和第二质量流量计2-2的气体输入端之间的气体管路上安装有压力表；

N₂气体的气体输入端口依次通过球阀、手动阀和电磁调压阀连接第三质量流量计2-3的气体输入端，球阀和手动阀之间的气体管路上安装有压力表，电磁调压阀和第三质量流量计2-3的气体输入端之间的气体管路上安装有压力表；

第一质量流量计2-1的气体输出端、第二质量流量计2-2的气体输出端和第三质量流量计2-3的气体输出端同时通过手动阀连接气体混合器3的气体输入端，气体混合器3上安装有电动搅拌器4和第一压力传感器8-1，气体混合器3的气体输出端通过手动阀连接气体增压泵5的气体输入端，气体增压泵5的气体输入端同时通过两个手动阀连接真空泵6，两个手动阀之间的气体管路上安装有真空传感器9，气体增压泵5的气体输出端依次通过手动阀和单向阀连接混合气体输出端口，手动阀和单向阀之间的气体管路上安装有第二压力传感器8-2；

该气体补气的装置还包括控制器10，控制器10分别接收温度传感器7检测的温度信号、真空传感器9检测的真空信号、第一压力传感器8-1和第二压力传感器8-2检测的压力信号，控制器10分别控制第一质量流量计2-1、第二质量流量计2-2、第三质量流量计2-3和气体增压泵5；

该气体补气的装置还包括电加热空调器，安装在有车轮的保温室内。

本实施方式中，将该气体补气的装置安装在有车轮的保温室内，便于移动，保温室外的气体管路采用耐低温(可耐-100℃)的不锈钢软管，混合气体出口设有一个单向阀，放置气体设备中的气体回流。在高寒地区进行气体充气时，将装置移动到作业现场，利用就地的检修电源给装置供电，电源接通后，启动电加热空调器，维持保保温室内的温度高于5℃。不锈钢软管的耐受压力：25MPa；耐受温度：-100℃～290℃。

本实施方式中，电加热空调器的功率为：1500W；适于温度：-35℃。

本实施方式中，质量流量计的精度是决定气体混合比例准确度的重要因素，本发明中第一质量流量计2-1、第二质量流量计2-2、第三质量流量计2-3的流量控制精度为±1.0％S.P.(≥35％F.S.)、±0.35％F.S.(＜35％F.S.)，工作压差范围为0.05～0.35MPa；漏气率小于1×10^-10atm·mL/s>-11)Pa·m³/s>

本实施方式中，气体混合器3采用不锈钢材质，罐体壁厚6mm，容积为30L，工作压力为1.5MPa。气体混合器3安装一支压力传感器(测量范围：0～1.5MPa，精度：±0.01MPa)，用来监测和控制混合器中气体压力；气体混合器3安装有一套电动搅拌器4，用于气体的混合，保证混合气体的均匀性。

本实施方式中，真空泵6为双极旋片式，带返油电磁阀；极限真空度：小于0.05Pa；流量：大于20m³/h。真空泵6用于对装置内系统抽真空。

本实施方式中，气体增压泵5为二级增压，增压比5:1，全不锈钢材质，气体输入压力：0.1～1.0MPa，最大气体流量：83L/min。

本实施方式中，控制器10的电路部分包括电源、CPU、RS232串口、12C转RS485串口、温度采集电路、压力采集和增压泵控制电路、触摸屏电路七部分；CPU采用低功耗的8位AVR微处理器ATmegal6L，实现电路系统各部分的联系协调工作；电源部分采用LM2575和AMSl 117降压型开关电源芯片，分别将外部12V电压转换成电路板所需的5V和3.3V工作电压；温度采集电路采用的AD7793芯片，是适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，集成了片内低噪声仪表放大器，可直接采集小信号；触摸屏采用智能显示终端DMT48270S043_01N，4.3寸真彩色液晶屏，480×272的分辨率，支持多种文本格式，96Mb的图片存储空间，4线电阻触摸屏，RS232串口通讯；RS485串口电路采用SCl6IS752芯片，实现CPU的12C总线转换为RS485串口；压力采集和增压泵控制电路采用AD7793芯片，直接采集压力和真空度信号，并实现对增压泵的自动停止控制。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，电磁调压阀的输入压力范围为：小于等于15MPa，输出压力范围为：0～1.0MPa，采用不锈钢电磁调压阀。

具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，热风加热器1为蛇形管路结构，电机热器功率为500W和800W，风机功率为80W。

具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述用于高寒地区混合气体绝缘电气设备气体补气的装置的补气方法，进行SF₆气体和CF₄气体的混合充气时，关闭N₂气体充气管路上的球阀和手动阀；进行CF₄气体和N₂气体的混合充气时，关闭SF₆气体充气管路上的球阀和手动阀；进行SF₆气体和N₂气体的混合充气时，关闭CF₄气体充气管路上的球阀和手动阀。

具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，进行SF₆气体和CF₄气体的混合充气的具体方法为：

关闭N₂气体充气管路上的球阀和手动阀；

启动真空泵6，对气体混合器3、SF₆气体输入端口、CF₄气体输入端口和混合气体输出端口抽真空；

同时采用真空传感器9检测真空信号，真空度小于5Pa时，继续抽真空5分钟，停止真空泵6；

根据SF₆气体和CF₄气体的体积混合比例和气体总流量，通过控制器10设定SF₆气体和CF₄气体的流量，根据气体混合比的单位调整第一质量流量计2-1和第二质量流量计2-2的计量单位；

关闭SF₆气体输入端口与热风加热器1气体输入端之间的电磁调压阀和CF₄气体输入端口与第一质量流量计2-1气体输入端之间的电磁调压阀；

打开SF₆气体和CF₄气体的充气瓶的阀门，连续改变SF₆气体输入端口与热风加热器1气体输入端之间的电磁调压阀和CF₄气体输入端口与第一质量流量计2-1气体输入端之间的电磁调压阀的压力，进而控制这两个电磁调压阀的开度逐渐有小变大，将第一质量流量计2-1和第二质量流量计2-2气体输入端的气体压力控制在0.2～0.4MPa范围内；

启动热风加热器1，对流经的SF₆气体进行加热；

根据需要补气的电气设备中的气体额定压力，设定气体增压泵5的最高压力值，该最高压力值为比电气设备额定压力大0.3MPa；

第一压力传感器8-1检测气体混合器3中的气体压力大于0.2MPa时，打开气体增压泵5出口处的手动阀，启动气体增压泵5，对电气设备进行补气；

对电气设备补气完成后，关闭气体增压泵5出口处的手动阀，完成充气。

具体实施方式六：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，第一质量流量计2-1和第二质量流量计2-2的计量单位为体积或质量。

具体实施方式七：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，热风加热器1对流经的SF₆气体进行加热的温度范围为：15℃～25℃。