CN104534274A - 一种sf6自动充气装置及其自动充气方法 - Google Patents

Abstract

一种SF6自动充气装置，包括连接于SF6气瓶与电气设备气室之间的充气管道、用于检测环境参数的传感检测装置、设置于SF6气瓶与电气设备气室之间的充气管道上的控制执行机构及自动控制装置，自动控制装置可通信连接于传感检测装置，并连接控制所述控制执行机构，与传感检测装置及控制执行机构共同构成闭环控制系统。本发明可在无人值守的情况下，自动检测电气设备气室内的气压并反馈至自动控制装置，实现自动实时充气及补气，且可保证充气完成后气室压力达到设定要求，控制精度较高，且节省人力、充气效率高；同时充气过程中可控制气路可通可断、流量大小可调，保证充气平稳；具有智能性、灵活性，且操作简便，使用稳定、可靠、安全。

Description

一种SF6自动充气装置及其自动充气方法

技术领域

本发明涉及一种电气设备辅助充气装置及方法，特别是一种SF6自动充气装置及其自动充气方法。

背景技术

SF6由于其优良的绝缘及灭弧性能被广泛应用于断路器、高压变压器、气封闭组合电容器等电气设备中，但目前对于该类设备中SF6气体的充入，主要还是采用人工完成，存在浪费人力、工作效率低、充气压力掌握不准等问题。

现有技术中的SF6自动充气装置，如公开号为CN103697324A的发明专利公开的电气设备智能SF6充气装置，通过额定压力闭锁报警装置实现充气控制，额定压力闭锁报警装置主要包括电接点压力表、声光报警装置、电磁阀、蜂鸣器、压力启动开关。电接点压力表显示SF6充气装置内的压力，当SF6充气装置充气至额定压力后，压力启动开关闭合，接通电磁阀回路，电磁阀回路上的声光报警装置、蜂鸣器动作，提示SF6充气装置压力已达额定压力，此时，电磁阀关闭，停止充气；反之，继续充气。但是，上述通过分离元件电路构成的自动控制系统，智能性及灵活性较差，充气控制精度较低。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可实现自动实时充气及补气，保证气室压力达到设定要求，控制精度较高，且节省人力、充气效率高；具有智能性、灵活性，操作简便，使用稳定、可靠、安全的SF6自动充气装置。

本发明采用如下技术方案：

一种SF6自动充气装置，包括有连接于SF6气瓶与电气设备气室之间的充气管道，其特征在于：还包括有：

用于检测环境参数的传感检测装置，至少包括有用于检测电气设备气室压力的气压传感器；

设置于SF6气瓶与电气设备气室之间的充气管道上的控制执行机构，至少包括有用于控制充气管道气路打开或关闭的控制阀；

及自动控制装置，自动控制装置可通信连接于传感检测装置，并连接控制所述控制执行机构，与传感检测装置及控制执行机构共同构成闭环控制系统。

进一步地，所述自动控制装置包括有PLC控制器及人机交互界面。

进一步地，所述传感检测装置包括有可通信连接于PLC控制器的一用于检测电气设备气室内压力的第一气压传感器、一用于监测SF6气瓶内压力的第二气压传感器、一用于检测环境温度的温度检测装置及一用于对气体流量进行检测的流量传感器。

进一步地，所述控制执行机构包括有两个控制阀及一个节流阀，所述控制阀采用直动式两位两通的电磁换向阀，所述充气管道通过两个两位两通的电磁换向阀并联形成两条气路，其中一条气路上设置有一节流阀，所述PLC控制器连接控制所述电磁换向阀及节流阀。

进一步地，所述人机交互界面包括有LCD触摸屏及控制按键，LCD触摸屏及控制按键通过RS232串口与PLC控制器可通信连接。

进一步地，所述SF6自动充气装置还包括有可通信连接于PLC控制器的报警模块。

一种基于SF6自动充气装置的SF6自动充气方法，依次包括以下步骤：

①通过人机交互界面对电气设备气室所需达到的气体压力标准值及一小于该压力标准值的压力最小值进行设定；

②PLC控制器读取第一气压传感器的反馈值，即电气设备气室压力值，当电气设备气室压力低于设定的压力最小值时，PLC控制器会发出指令，启动控制执行机构，控制气路导通，SF6气瓶通过充气管道向电气设备气室充气，直到电气设备气室压力达到设定的压力标准值时，PLC控制器会发出关闭控制执行机构的指令，切断气路，完成充气过程；

③充气完成后，PLC控制器控制报警模块进行报警提示。

进一步地，进行充气时，所述PLC控制器读取第一气压传感器、第二气压传感器的反馈值，判断当第二气压传感器的反馈值即SF6气瓶输出端的气压达到要求时，将电气设备气室压力设定值与第一气压传感器的反馈值作比较，当第一气压传感器的反馈值小于设定的压力最小值时，则通过PLC控制器控制两电磁换向阀带电，则两条气路导通，SF6气瓶通过两电磁换向阀向电气设备气室快速充气；当第一气压传感器的反馈值大于压力最小值小于压力标准值时，PLC控制器控制设置有节流阀的气路的导通，另一气路截止，则SF6气瓶通过电磁换向阀、节流阀、流量传感器和第一压力传感器向电气设备气室进行小流量充气；当电气设备气室压力达到设定的压力标准值时，PLC控制器控制两电磁换向阀同时断开，气路被切断，完成充气过程。

进一步地，所述PLC控制器对充气压力值在压力标准值基础上进行压力值误差补偿及温度补偿。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一，通过自动控制装置，可在无人值守的情况下，自动检测电气设备气室内的气压并反馈至自动控制装置，实现实时充气及补气，根据事先设定好的压力值自动完成充气过程，充气完成后可自动断气并通过报警模块报警提示，同时可保证充气完成后气室的压力达到设定要求，控制精度较高，且节省人力、劳动强度低、充气效率高；

第二，通过控制执行机构控制气路可通可断、流量大小可调，可保证充气平稳；

第三，可利用软件编程实现充气过程中控制策略的调整，采取了合理的分段充气及对压力检测值的误差及不同温度下气室压力进行补偿，保证了气室压力的准确性，具有智能性、灵活性，优于传统的分离元件电路构成的自动控制系统；

第四，可通过LCD触摸屏及控制按键自由设定压力的控制目标及其它参数，操作便利、技术先进；

第五，装置体积小、重量轻、便携性好，具有过压保护，操作简单，使用稳定、可靠、安全。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的工作原理图；

图2是本发明具体实施方式的电气原理框图。

图中：1.SF6气瓶，2.电气设备气室，3.报警模块，4.PLC控制器，5.人机交互界面，50.LCD触摸屏，51.控制按键，6.第一电磁换向阀，7.第二电磁换向阀，8.节流阀，9.第一气压传感器，10.第二气压传感器，11.温度传感器，12.流量传感器，13.模拟量模块，14.限压阀，15.电源模块。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1和图2，本发明的一种SF6自动充气装置，包括有连接于SF6气瓶1与电气设备气室2之间的充气管道、用于检测环境参数的传感检测装置、设置于SF6气瓶1与电气设备气室2之间的充气管道上的控制执行机构、报警模块3及自动控制装置，所述自动控制装置包括有PLC控制器4及人机交互界面5。PLC控制器4可通信连接于传感检测装置及报警模块3，并连接控制所述控制执行机构，与传感检测装置及控制执行机构共同构成闭环控制系统。

所述控制执行机构包括有用于控制充气管道气路打开或关闭的第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7及一个节流阀8，所述第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7采用直动式两位两通电磁换向阀，所述充气管道通过第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7并联形成两条气路，第二电磁换向阀7所在的气路上设置有一节流阀8，所述PLC控制器4连接控制第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7及节流阀8。本发明的第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7处于常闭状态，即两电磁换向阀不带电时，气路是完全断开的。

所述传感检测装置包括有一用于检测电气设备气室2内压力的第一气压传感器9、一用于监测SF6气瓶1内压力的第二气压传感器10、一用于检测环境温度的温度传感器11及一用于对气体流量进行检测的流量传感器12。所述第一气压传感器9、第二气压传感器10、温度传感器11及流量传感器12通过模拟量模块13可通信连接于PLC控制器4。所述第一气压传感器9、第二气压传感器10的分辨率应比控制压力的最小单位高一个数量级。所述SF6气瓶1出气口与第一、第二电磁换向阀之间的主管道上设置有一限压阀14，所述第一气压传感器9及流量传感器12设置在第一、第二电磁换向阀与电气设备气室2进气口之间的主管道上，所述第二气压传感器10设置在第一、第二电磁换向阀与限压阀14之间的主管道上。

所述人机交互界面5包括有LCD触摸屏50及控制按键51，LCD触摸屏50及控制按键51通过RS232串口与PLC控制器4可通信连接。本实用新型的SF6自动充气装置还包括有连接于PLC控制器4的电源模块15。

本发明的SF6自动充气方法，依次包括以下步骤：

①通过人机交互界5面对电气设备气室2所需达到的气体压力标准值及一小于该压力标准值的压力最小值进行设定；

②PLC控制器4读取第一气压传感器9、第二气压传感器10的反馈值，判断当第二气压传感器10的反馈值即SF6气瓶1输出端的气压达到要求时，将电气设备气室2压力设定值与第一气压传感器9的反馈值作比较，当第一气压传感器9的反馈值小于设定的压力最小值时，表示电气设备气室2压力远低于要求，则通过PLC控制器4控制第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7带电，则两条气路导通，SF6气瓶1通过第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7向电气设备气室2快速充气；当第一气压传感器9的反馈值大于压力最小值小于压力标准值时，说明电气设备气室2压力接近要求，此时，通过PLC控制器4控制第二电磁换向阀7导通，第一电磁换向阀6截止，则SF6气瓶1通过第二电磁换向阀7、节流阀8、流量传感器12和第一压力传感器9向电气设备气室2进行小流量充气，保证充气平稳；当电气设备气室2压力达到设定的压力标准值时，PLC控制器4控制第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7同时断开，气路被切断，完成充气过程；

③充气完成后，PLC控制器4控制报警模块3进行报警提示。

所述PLC控制器4对充气压力值在压力标准值基础上进行压力值误差补偿及温度补偿。

由于电气设备气室2与SF6气瓶1之间是通过充气管道连接的，管道内壁属于软性材料，会造成压差，而气压传感器又无法直接放在两端，所以会带来测量误差。本发明通过实验法，测得的不同数据，统计成表格，将数据统计出来，输入到PLC控制器4，对压力值误差进行补偿。如：当测得的气室压力为0.65MPa，实际气室压力为6MPa，则压力的补偿值为0.05MPa，则应将气压传感器的检测值加上补偿值作为电气设备气室2的压力值。

SF6在不同温度下压力值的大小对其绝缘及灭弧性能有重大的影响，直接关系到SF6电气设备性能的正常发挥，因此，在对SF6电气设备进行充气时，一般先通过查表确定在当前温度环境下气室应该达到的压力值，然后对其进行设定，使充气压力达到要求。本发明充分利用PLC控制器4智能控制的特点，对充气压力值进行温度补偿。具体方法如下：

①先根据电气设备在长期使用过程中积累的在不同温度及压力下其性能正常发挥所需的气体的压力值，得出以温度为20℃和标准大气压下为基准，在不同温度下对电气设备气室2压力值的标准量进行补偿的压力大小，制成表格，并在PLC控制器4编程中实现对表格数据表的读取；

②PLC控制器4根据温度传感器11反馈的当前温度值，从上述表格中对应得出相应的压力补偿值；

③PLC控制器4读取用户以温度为20℃为基准设定的压力标准值，将该压力标准值加上从数据表中读取得到的压力补偿值，得出的压力值作为电气设备气室2的充气控制压力。

如：当温度为35℃时，通过表格查到相当于20℃时的压力补偿值为0.05MPa，则将该值加上目标设定值作为电气设备气室2的压力控制目标，控制电磁阀开关直到电气设备气室2的压力达到该值才终止。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种SF6自动充气装置，包括有连接于SF6气瓶与电气设备气室之间的充气管道，其特征在于：还包括有：

用于检测环境参数的传感检测装置，至少包括有用于检测电气设备气室压力的气压传感器；

设置于SF6气瓶与电气设备气室之间的充气管道上的控制执行机构，至少包括有用于控制充气管道气路打开或关闭的控制阀；

及自动控制装置，自动控制装置可通信连接于传感检测装置，并连接控制所述控制执行机构，与传感检测装置及控制执行机构共同构成闭环控制系统。

2.如权利要求1所述的一种SF6自动充气装置，其特征在于：所述自动控制装置包括有PLC控制器及人机交互界面。

3.如权利要求2所述的一种SF6自动充气装置，其特征在于：所述传感检测装置包括有可通信连接于PLC控制器的一用于检测电气设备气室内压力的第一气压传感器、一用于监测SF6气瓶内压力的第二气压传感器、一用于检测环境温度的温度检测装置及一用于对气体流量进行检测的流量传感器。

4.如权利要求2所述的一种SF6自动充气装置，其特征在于：所述控制执行机构包括有两个控制阀及一个节流阀，所述控制阀采用直动式两位两通的电磁换向阀，所述充气管道通过两个两位两通的电磁换向阀并联形成两条气路，其中一条气路上设置有一节流阀，所述PLC控制器连接控制所述电磁换向阀及节流阀。

5.如权利要求2所述的一种SF6自动充气装置，其特征在于：所述人机交互界面包括有LCD触摸屏及控制按键，LCD触摸屏及控制按键通过RS232串口与PLC控制器可通信连接。

6.如权利要求2所述的一种SF6自动充气装置，其特征在于：还包括有可通信连接于PLC控制器的报警模块。

7.一种基于权利要求1至6任一所述的SF6自动充气装置的SF6自动充气方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

①通过人机交互界面对电气设备气室所需达到的气体压力标准值及一小于该压力标准值的压力最小值进行设定；

②PLC控制器读取第一气压传感器的反馈值，即电气设备气室压力值，当电气设备气室压力低于设定的压力最小值时，PLC控制器会发出指令，启动控制执行机构，控制气路导通，SF6气瓶通过充气管道向电气设备气室充气，直到电气设备气室压力达到设定的压力标准值时，PLC控制器会发出关闭控制执行机构的指令，切断气路，完成充气过程；

③充气完成后，PLC控制器控制报警模块进行报警提示。

8.如权利要求7所述的一种SF6自动充气方法，其特征在于：进行充气时，所述PLC控制器读取第一气压传感器、第二气压传感器的反馈值，判断当第二气压传感器的反馈值即SF6气瓶输出端的气压达到要求时，将电气设备气室压力设定值与第一气压传感器的反馈值作比较，当第一气压传感器的反馈值小于设定的压力最小值时，则通过PLC控制器控制两电磁换向阀带电，则两条气路导通，SF6气瓶通过两电磁换向阀向电气设备气室快速充气；当第一气压传感器的反馈值大于压力最小值小于压力标准值时，PLC控制器控制设置有节流阀的气路的导通，另一气路截止，则SF6气瓶通过电磁换向阀、节流阀、流量传感器和第一压力传感器向电气设备气室进行小流量充气；当电气设备气室压力达到设定的压力标准值时，PLC控制器控制两电磁换向阀同时断开，气路被切断，完成充气过程。

9.如权利要求8所述的一种SF6自动充气方法，其特征在于：所述PLC控制器对充气压力值在压力标准值基础上进行压力值误差补偿及温度补偿。