CN104850155B - 高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法，方法为采用本发明的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置；利用温湿度计测量人工污秽试验室的起始温度和湿度；设定人工污秽试验润湿时间和升压时间；根据测得的起始温度和人工污秽试验室的体积计算需要的蒸汽总量；根据计算得到的蒸汽总量和设定的时间计算蒸汽流量、比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量；根据计算结果调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，控制向人工污秽气候室内喷入蒸汽的流量。本发明可根据人工污闪试验不同试验阶段需要的蒸汽流量，自动远距离控制蒸汽阀门，提高人工污闪试验条件的稳定性，保证操作人员的人身安全。

Description

高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，涉及一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法，该方法适用于对高压电气设备在人工污秽试验室内进行人工污闪试验时，进行蒸汽流量自动控制。

背景技术

高压电气设备污闪是电力系统安全稳定运行的严重威胁之一，我国曾在空气污染严重地区多次出现污闪事故，污闪事故往往造成电网大面积长时间停电，甚至电网解裂，经济损失巨大。为研究污闪，许多研究机构参照国家标准“GB/T 4585-2004”推荐的试验方法建设了高压电气设备人工污秽试验室，并开发蒸汽雾装置用于对高压电气设备进行人工污闪试验，如发明专利“CN 101126792A”。

目前的蒸汽雾装置流量控制方法主要存在的问题有：1)蒸汽流量采用手动阀门调节，不能远程控制，只能人工现场操作，而蒸汽雾装置工作时，蒸汽压力较大，且温度较高，人员操作安全危险较大；2)每次试验时，需要实验人员根据气候室内蒸汽量的大小，人为调节蒸汽流量大小，造成被试品每次试验时的润湿时间和污秽流失速度不一致，从而导致污闪电压分散性较大；3)国家标准规定单次人工污闪试验时，人工污秽试验室内的温度升高不超过15℃，目前采用的人工控制蒸汽流量方式往往导致试验温度升高值超标。

因此，有必要设计一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的落后状况，提供一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法，使用该方法可根据人工污闪试验不同试验阶段需要的蒸汽流量，自动远距离控制蒸汽阀门，提高人工污闪试验条件的稳定性，保证操作人员的人身安全。

本发明的技术解决方案是，

一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，其特征在于，包括电蒸汽锅炉1、蒸汽管道2、分汽缸3，比例调节阀4、蒸汽出汽口6、温湿度计8和蒸汽流量自动控制器9；所述电蒸汽锅炉1通过蒸汽管道2与高电压设备人工污秽试验室7相连；蒸汽管道2的末端设有多个蒸汽出汽口6，蒸汽出汽口6位于高电压设备人工污秽试验室7内；蒸汽管道2上沿蒸汽流动方向依次设有分汽缸3和比例调节阀4；

所述温湿度计8设置在高电压设备人工污秽试验室7内；

所述电蒸汽锅炉1和比例调节阀4的控制端均通过控制电缆与蒸汽流量自动控制器9的输出端相连；温湿度计8的输出端通过信号测量电缆与蒸汽流量自动控制器9的输入端相连；

所述电蒸汽锅炉1采用多组电阻丝加热；每一组电阻丝的投入和切除均受控于蒸汽流量自动控制器9；

所述电蒸汽锅炉1用于产生高温高压的水蒸汽；蒸汽管道2用于将电蒸汽锅炉1产生的水蒸汽传输至高电压设备人工污秽试验室7内；分汽缸3用于将水蒸气分配到不同的蒸汽管道2中；比例调节阀4用于通过调节阀门开度调节蒸汽流量；温湿度计8用于测量高电压设备人工污秽试验室7内的温度和湿度；蒸汽流量自动控制器9用于根据温湿度计8的测量值自动计算高电压设备人工污秽试验室7内需要的蒸汽流量，并通过调节电蒸汽锅炉1的加热温度和比例调节阀4的阀门开度实现蒸汽流量的自动控制。

所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，还包括设于比例调节阀4和蒸汽出汽口6之间的蒸汽管道2上的蒸汽流量计5，所述蒸汽流量计5的输出端通过信号测量电缆与蒸汽流量自动控制器9的输入端相连；蒸汽流量计5用于测量蒸汽的流量。

所述蒸汽管道2的末端为“T”型结构，“T”型结构的头部位于高电压设备人工污秽试验室7内；“T”型结构的头部上均匀设有多个蒸汽出汽口6。

所述电蒸汽锅炉1采用WDR2.3-1.3型电蒸汽锅炉；所述比例调节阀4采用型号为Q941F-16C的电动智能比例调节阀；所述蒸汽流量计5采用LUGB-24型涡街流量计；所述温湿度计8采用W4052型温湿度变送器；所述蒸汽流量自动控制器9采用RZK-100型蒸汽流量自动控制器。

一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，采用上述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，包括以下步骤：

步骤1：通过蒸汽流量自动控制器设定人工污秽试验润湿时间t₁和升压时间t₂；设定相对湿度控制目标的默认值为100％～106％；利用温湿度计测量人工污秽试验室的起始温度T₁和起始湿度h₁；

步骤2：蒸汽流量自动控制器根据测得的温度T₁、湿度h₁和人工污秽试验室的体积计算润湿阶段需要的蒸汽总量m₁；

步骤3：蒸汽流量自动控制器根据步骤2计算得到的蒸汽总量m₁和步骤1设定的润湿时间t₁，计算润湿阶段的蒸汽流量q₁、比例调节阀门的开度s₁和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₁；

步骤4：蒸汽流量自动控制器根据步骤3的计算结果，调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，控制向人工污秽气候室内喷入蒸汽的流量；

步骤5：蒸汽流量自动控制器利用温湿度计监测人工污秽试验室的湿度，并判断污秽室内的相对湿度值是否达到100％，且持续时间达到3min；若是，则润湿阶段结束进入升压阶段，转步骤6；否则继续向人工污秽气候室内喷入蒸汽；

步骤6：蒸汽流量自动控制器计算升压阶段的蒸汽流量q₂、比例调节阀门的开度s₂和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₂；

步骤7：蒸汽流量自动控制器根据步骤7的计算结果，调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，持续向人工污秽试验室内喷入蒸汽；

步骤8：蒸汽流量自动控制器根据测量的人工污秽试验室相对湿度，微量调节比例调节阀门开度和电阻丝投入数量，使人工污秽试验室内的相对湿度达到其控制目标；

步骤9：蒸汽流量自动控制器利用温湿度计监测人工污秽试验室的温度，温度每升高5K时，重复步骤6～8；当人工污秽试验室内的温度升高值达到11K时，蒸汽流量自动控制器将相对湿度控制目标修改为98％～101％，并重复步骤6～8；

步骤10：升压时间t₂到或人为提前结束试验时，蒸汽流量自动控制器关闭比例调节阀和停止为电蒸汽锅炉所有的电阻丝供电。

所述步骤2中，润湿阶段需要的蒸汽总量m₁的计算方法为：

m₁＝ρV(100-h₁)％

其中，V为人工污秽试验室的体积；ρ为蒸汽密度，通过查询温度—饱和蒸汽密度对照表得到。

所述步骤3中，润湿阶段的蒸汽流量q₁、比例调节阀门的开度s₁和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₁的计算方法分别为：

q₁＝m_1/t₁；

s₁＝quotient(q₁,q_n)/n₁；

n₁＝quotient(q₁,q_n)+1；

其中，函数Quotient表示求商数的整数部分；q_n为电蒸汽锅炉每组电阻丝投入时能产生的蒸汽流量。

所述步骤6中，升压阶段的蒸汽流量q₂、比例调节阀门的的初步调节开度s₂和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₂的计算方法为：

s₂＝quotient(q₂,q_n)/n₂；

n₂＝quotient(q₂,q_n)+1；

其中，q₂为蒸汽流量的值，取值等于每分钟的蒸汽损失量m₂。

所述蒸汽流量q₂的初始值设定为q₁/3。【根据人工污秽试验室体积和温度情况的不同，每分钟的蒸汽损失量m₂是不同的，此值可根据现场调试来具体确定，经验值为润湿阶段蒸汽流量的1/3，此时，需要的蒸汽流量q₂约为q₁/3。在升压阶段的蒸汽流量为润湿阶段的1/3，即q2＝q1/3，只是一个经验值，在试验的过程中，蒸汽流量自动控制器会根据这个值设定一个初值，后续过程中，蒸汽流量自动控制器会根据温湿度的变化进行微量调节。】

所述步骤8中，根据人工污秽试验室相对湿度的测量值，首先微量调节比例调节阀的开度，使得人工污秽试验室内相对湿度保持在设定的相对湿度控制目标范围内；具体的微调方法为：蒸汽流量自动控制器比较相对湿度的测量值与设定的相对湿度控制目标；如果相对湿度的测量值小于设定的相对湿度控制目标，则增加比例调节阀的开度，每次增加的幅度可以是1％～3％；如果相对湿度的测量值大于设定的相对湿度控制目标，则减小比例调节阀的开度，每次减小的幅度可以是1％～3％；如果相对湿度的测量值在设定的相对湿度控制目标范围内，则停止调节；当比例调节阀开度大于90％时，蒸汽流量自动控制器控制电蒸汽锅炉多投入一组电阻丝，当比例调节阀开度小于50％时，蒸汽流量自动控制器控制电蒸汽锅炉切除一组电阻丝；电阻丝数量微调后，蒸汽流量自动控制器重新调整比例调节阀门的开度，电阻丝数量调整后，比例调节阀的开度为：

s₃＝q₂/k n₃q_n

式中，s₃为比例调节阀的开度；k为常数，取值与电蒸汽管道直径、长度和保温状况有关；n₃为微调后的电阻丝投入数量，q_n为电蒸汽锅炉每组电阻丝投入时能产生的蒸汽流量。

在整个实验过程中，通过利用蒸汽流量计测量当前蒸汽流量。

在整个实验过程中，分别通过蒸汽流量计和温湿度计测量当前蒸汽流量及人工污秽试验室内的温度和湿度。

以下对本套控制系统的几个控制因素进行解释说明：

人工污秽试验中，相关规程要求在较短的时间内使污秽室内的雾弥漫全仓，相对湿度达到饱和，试验过程中温度升高值不超过15K。整个系统的控制方法是以此为基础，并结合实际的调试经验和设备特点进行的，在此，特别做如下几点说明：

(1)整个试验过程分为两个阶段，即润湿阶段和升压阶段，在两个不同阶段中湿度控制目标是不一样的，在润湿阶段要求在尽可能短的时间内使相对湿度值达到100％，当相对湿度值达到100％且持续时间达到3min后，进入升压阶段，相对湿度值控制目标与温度升高值有关，不同阶段相对湿度值的控制是蒸汽流量控制的目标；

(2)根据实际的测试经验，饱和相对湿度有一定的范围，且与气温有一定的关系，气温越低，最小饱和湿度值越低，但在0℃～55℃范围内，在相对湿度值达到98％及以上时，相对湿度均已达到饱和，此外，在进行污秽试验时，室内的起始温度不会超过40℃，最低不超过0℃，整个试验过程中室内的最高温度不会超过55℃，因此，蒸汽流量控制中要求达到的最小饱和湿度值是98％；

(3)在流量的控制中，相对湿度值有一定的滞后性，即增大了蒸汽流量后，相对湿度值并不会马上升高，而是有个过程，此外，相对湿度的控制精度不是特别高，一般控制精度在±2％已经是比较理想的，因此，无论在哪种状态下进行相对湿度的控制都是有一个范围，本套系统设定的最小相对湿度精度控制范围为±3％；

(4)规程中对污秽室内温度升高值不超过15K是有严格规定的，而本项试验是向气候室内充高温水蒸气，会导致污秽室内的温度缓慢升高，此外，蒸汽流量过大后会导致被试品上的污秽流失速度过快，影响试验结果，因此，相对湿度值的控制要同时兼顾温度升高速度和被试品上污秽流失速度，这也是本控制系统的关键，根据长期测试经验，相对湿度值在100％～106％之间是一个最佳的相对湿度区间，因此，在本套控制系统中默认的湿度控制范围为100％～106％；

(5)为严格限制污秽室内温度升高值不超过15K，本系统设定在温度升高值达到11K时，相对湿度控制目标范围为98％～101％，从而减少蒸汽流量，降低温度升高速度，根据经验，在这个相对湿度范围内，试验可持续时间(到温度升高值为15K为止)一般为40min左右，基本完成可以完成试验。这个相对湿度范围是完成污秽试验的最低饱和湿度范围，但不是最佳的范围；

(6)在整个控制中，电蒸汽锅炉电阻丝投入数量控制相当于是粗略调节，在调节的目标相对湿度范围内产生的蒸汽量有部分盈余(但不能太多，考虑到节能问题)，比例调节阀是根据相对湿度范围进行精确调节的，但受限于本系统的滞后性，且蒸汽需求量在不断变化，因此，比例调节阀事实上在整个试验过程中是一直在进行一个微量调节的。

(7)进入升压阶段，在升压阶段相对湿度值的最佳控制目标是100％～106％，当温度升高值达到11K后，相对湿度值控制目标值为98～101％，这是两个阶段相对湿度的控制目标值，也是本控制方法的关键；

(8)蒸汽流量计算方法和微调的解释和说明：

在润湿阶段，蒸汽需求总量m1按照本计算方法计算值基本是准确的，蒸汽流量按此值控制基本是可以的，电阻丝投入数量和比例调节阀门的开度基本不用频繁调整；

在升压阶段，计算方法和微调方法说明如下：1)在特定的温度下，蒸汽每分钟损失量m2是一个大概的值，其经验值约为m1/3，不精确，可以用作计算电阻丝投入数量和比例调节阀开度的基准值，蒸汽流量控制器会根据温湿度实际测量值与目标控制值之间的差异，微量调节流量，使其满足要求，微量调节过程中不需要重新计算；2)当温度发生变化大于5K时，系统会自动进行上述计算，再次调整电阻丝投入数量和比例调节阀开度，并重复进行微量调节；3)当温度升高值达到11K，系统设定的相对湿度控制目标变为98％～101％，并自动进行上述计算重新计算；4)细调过程中，“当比例调节阀开度大于90％时，蒸汽流量自动控制器控制电蒸汽锅炉多投入一组电阻丝，当比例调节阀开度小于50％时，蒸汽流量自动控制器控制电蒸汽锅炉切除一组电阻丝”是细调的一个大的原则，这样调节的原则主要是考虑到控制电阻丝的投入数量，达到节能的目的，细调优先调节比例调节阀，当阀门开度达到上述范围值时才会调节电阻丝投入数量，电阻丝数量调整后，比例调节阀的开度s₃＝q2/kn₃q_n,式中，s3为比例调节阀开度；k为常数，与电蒸汽管道直径、长度和保温状况有关；n₃为调整后的电阻丝投入数量，q_n为每组电阻丝投入时能产生的蒸汽流量。

本发明的有益效果是：

1)、可实现蒸汽流量的远距离控制，避免试验人员就地操作高温高压蒸汽的安全风险，保证操作人员的人身安全；

2)、可实现蒸汽流量的自动控制，保证每次试验时的蒸汽流量基本一致，被试品每次试验时的润湿时间和污秽流失速度基本一致，提高人工污闪试验条件的稳定性，污闪试验数据的重复性较高；

3)、可严格控制试验过程中人工污秽试验室内的温度升高值。单次人工污闪试验时，可严格控制人工污秽试验室内的温度升高值不超过15℃，满足国家标准的规定；

4)、可根据试验需要，可自动调节电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，节约能源，经济性好。

附图说明

图1为本发明方法流程图

图2为本发明装置一个具体实施例的示意图；

附图标记说明：

1—电蒸汽锅炉，2—蒸汽管道，3—分汽缸，4—比例调节阀，5—蒸汽流量计，6—蒸汽出汽口，7—高电压设备人工污秽试验室，8—温湿度计，9—蒸汽流量自动控制器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。

本发明所提供的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法，高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置如图2所示，本发明共包括：电蒸汽锅炉1、蒸汽管道2、分汽缸3、比例调节阀4、蒸汽流量计5、蒸汽出汽口6、高压电气设备人工污秽试验室7、温湿度计8和蒸汽流量自动控制器9；

电蒸汽锅炉1通过蒸汽管道2依次与分汽缸3、比例调节阀4、蒸汽流量计5及蒸汽出汽口6相连；蒸汽流量自动控制器9通过控制电缆与电蒸汽锅炉1、比例调节阀4相连，通过信号测量电缆与蒸汽流量计5、温湿度计8相连；蒸汽出汽口6和温湿度计8均安装在高压电气设备人工污秽试验室7内。

电蒸汽锅炉1有多组电阻丝，通过电阻丝加热产生高温高压的水蒸汽，其产生的水蒸汽经蒸汽管道2进入分汽缸3可供分配至不同的蒸汽管道2中；在“T”蒸汽管道2中，高温高压的水蒸汽采用比例调节阀4调节阀门开度控制蒸汽流量，采用蒸汽流量计5测量蒸汽的流量、压力和温度后，经蒸汽出汽口6进入高压电气设备人工污秽试验室7；温湿度计8用于测量高压电气设备人工污秽试验室7内的温度和湿度；蒸汽流量自动控制器9用于根据蒸汽流量计5和温湿度计8的测量值自动计算高压电气设备人工污秽试验室7内需要的蒸汽流量，并通过调节电蒸汽锅炉1的加热温度和比例调节阀4的阀门开度实现蒸汽流量的自动控制。

高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置流量控制方法如图1所示，其控制步骤如下：

步骤1：利用温湿度计测量人工污秽试验室的起始温度T₁和起始湿度h₁；通过蒸汽流量自动控制器设定人工污秽试验润湿时间t₁和升压时间t₂；

步骤2：蒸汽流量自动控制器根据步骤1测得的起始温度T₁和人工污秽试验室的体积计算润湿阶段需要的蒸汽总量m₁，其计算方法为：

m₁＝ρV(100-h₁)％

其中，V为人工污秽试验室的体积；ρ为蒸汽密度，通过查询温度—饱和蒸汽密度对照表得到；

步骤3：蒸汽流量自动控制器根据步骤2计算得到的蒸汽总量m₁和步骤1设定的润湿时间t₁，计算在润湿阶段，蒸汽流量q₁、比例调节阀门的开度s₁和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₁，其计算方法分别为：

q₁＝m_1/t₁；

s₁＝quotient(q₁,q_n)/n₁；

n₁＝quotient(q₁,q_n)+1；

式中，函数quotient表示求商数的整数部分；q_n为电蒸汽锅炉每组电阻丝投入时能产生的蒸汽流量；

步骤4：蒸汽流量自动控制器根据步骤3的计算结果，调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，向人工污秽试验室内喷入蒸汽；利用温湿度计测量人工污秽试验室的当前温度和湿度，利用蒸汽流量计测量当前蒸汽流量；当污秽室内的相对湿度值到达100％，并维持时间达到3min后，润湿阶段结束，并进入升压阶段；

步骤5：蒸汽流量自动控制器自动计算在升压阶段的蒸汽流量q₂、比例调节阀门的开度s₂和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₂，其计算方法为：令蒸汽流量q₂的值等于每分钟的蒸汽损失量m₂，q₂的经验值约为q₁/3；

s₂＝quotient(q₂,q_n)/n₂；

n₂＝quotient(q₂,q_n)+1；

步骤6：蒸汽流量自动控制器根据步骤5的计算结果调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，持续向人工污秽试验室内喷入蒸汽；

步骤7：蒸汽流量自动控制器根据测量的人工污秽试验时温度和相对湿度，自动设定相对湿度控制目标(默认值为100％～106％)，并微量调节比例调节阀门开度和电阻丝投入数量，使人工污秽试验室内的相对湿度达到其目标值；

步骤8：随着试验的进行，人工污秽试验室内的温度会缓慢升高，当温度升高值大于5K时，蒸汽流量自动控制器会自动重复步骤5～7；当人工污秽试验室内的温度升高值达到11K时，蒸汽流量自动控制器自动将相对湿度控制范围修改为98％～101％，并重复步骤5～7；

步骤9：升压时间t2结束或人为提前结束试验后，蒸汽流量自动控制器切除比例调节阀和电蒸汽锅炉的所有电阻丝。

高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置实施例如下：

实施例1：

电蒸汽锅炉1为上海扬诺锅炉制造有限公司生产，型号为WDR2.3-1.3，蒸发量为2.3t/h；蒸汽管道2采用市售普通无缝钢管加工而成，管径为Φ100mm；分汽缸3为盐城共创电热设备有限公司生产，型号为SUB-C25，最大工作压力为2.5MPa；比例调节阀4采用上海姜森阀门制造有限公司生产的型号为的Q941F-16C电动智能比例调节阀，最大工作压力为4MPa；蒸汽流量计5采用广州南仪流量计有限公司生产的LUGB-24型涡街流量计，可进行压力和温度自动补偿；蒸汽出汽口6采用市售普通无缝钢管加工而成，管径为Φ10mm；高压电气设备人工污秽试验室7采用钢结构，净空大小为20m(长)×20m(宽)×27m(高)；温湿度计8采用特安仪器设备有限公司生产的W4052型温湿度变送器，温度测量范围为-40℃～150℃，相对湿度测量范围为5％～110％；蒸汽流量自动控制器9采用北京易胜泰和科技有限公司生产，型号为RZK-100。

高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置流量控制方法实施例如下：

实施例1：

(一)利用温湿度计测量人工污秽试验室的起始温度为30℃；对蒸汽流量自动控制器设定高压电气设备人工污秽试验润湿时间为10min和升压时间为20min；

(二)蒸汽流量自动控制器根据步骤(一)测试的温度和人工气候室体积3000m³，初步计算需要的蒸汽总量为91.08kg；

(三)蒸汽流量自动控制器根据步骤(二)初步计算的蒸汽总量和步骤(一)设定的润湿时间和升压时间，计算蒸汽润湿阶段的蒸汽流量为546.5kg/h，比例调节阀门开度为70％，电蒸汽锅炉电阻丝投入数量20组；

(四)根据步骤(三)计算的蒸汽流量，蒸汽流量自动控制器自动调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，向人工污秽气候室内喷入蒸汽；用温湿度计测量气候室温度在润湿试验过程中的温度升高值为2℃，湿度在蒸汽开启2min后达到100％和蒸汽流量与计算值偏差不大，相对湿度达到100％并持续3min后，进入升压阶段；

(五)蒸汽流量自动控制器计算升压阶段的蒸汽流量为182.15kg/h，比例调节阀门开度为50％，电蒸汽锅炉电阻丝投入数量14组；

(六)蒸汽流量自动控制器根据步骤(五)的计算结果调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，持续向人工污秽试验室内喷入蒸汽；

(七)蒸汽流量自动控制器根据测量的人工污秽试验时温度和相对湿度，自动设定相对湿度控制目标为100％～106％，并微量调节比例调节阀门开度和电阻丝投入数量，使人工污秽试验室内的相对湿度达到其目标值；

(八)试验15min后，相对湿度达到105％，蒸汽流量为175kg/h，温度升高值为5℃，蒸汽流量自动控制器计算的电蒸汽锅炉电阻丝投入数量为12组，比例调节阀阀门开度为75％，调整后的蒸汽流量为147.5kg/h，重复进行步骤(六)～步骤(七)调节；

(九)升压时间20min到，试验结束，蒸汽流量自动控制器关闭比例调节阀和电阻丝。

实施例2：

(一)利用温湿度计测量人工污秽试验室的起始温度为12℃；对蒸汽流量自动控制器设定高压电气设备人工污秽试验润湿时间为10min和升压时间为60min；

(二)蒸汽流量自动控制器根据步骤(一)测试的温度和人工气候室体积6037m³，初步计算需要的蒸汽总量为200.37kg；

(三)蒸汽流量自动控制器根据步骤(二)初步计算的蒸汽总量和步骤(一)设定的润湿时间和升压时间，计算蒸汽润湿阶段的蒸汽流量为1202.2kg/h，比例调节阀门开度为80％，电蒸汽锅炉电阻丝投入数量43组；

步骤(四)根据步骤(三)计算的蒸汽流量，蒸汽流量自动控制器自动调节比例调节阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，向人工污秽气候室内喷入蒸汽；用温湿度计测量气候室温度在润湿试验过程中的温度升高值为2.2℃，湿度在蒸汽开启3min后达到100％和蒸汽流量与计算值偏差不大，相对湿度达到100％并持续3min后，进入升压阶段；

(五)蒸汽流量自动控制器计算升压阶段的蒸汽流量为381.5kg/h，比例调节阀门开度为70％，电蒸汽锅炉电阻丝投入数量15组；

步骤(六)和步骤(七)同实施例1；

(八)在升压试验过程中动态测量了温度、湿度和蒸汽流量，试验至17min时，相对湿度达到104％，蒸汽流量为373kg/h，温度升高值为5℃，蒸汽流量自动控制器计算的电蒸汽锅炉电阻丝投入数量为14组，比例调节阀阀门开度为80％，调整后的蒸汽流量为337kg/h，重复进行步骤(六)～步骤(七)调节；试验至第41min时，温度升高值达到10℃，蒸汽流量自动控制器计算的电蒸汽锅炉电阻丝投入数量为15组，比例调节阀阀门开度为55％，调整后的蒸汽流量为363kg/h，重复进行步骤(六)～步骤(七)调节；试验至48min时，温度升高值为11℃，蒸汽流量自动控制器将相对湿度控制目标值修改为98％～101％，重新计算的电蒸汽锅炉电阻丝投入数量为14组，比例调节阀阀门开度为55％，蒸汽流量为312kg/h，重复进行步骤(六)～步骤(七)调节；

(九)升压时间60min到，试验结束，蒸汽流量自动控制器关闭比例调节阀和电阻丝。

上述高压电气设备人工污秽试验室蒸汽雾装置及其流量控制方法经实践证明可靠可行，完全达到设计预期。

Claims (10)

1.一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，其特征在于，包括电蒸汽锅炉(1)、蒸汽管道(2)、分汽缸(3)，比例调节阀(4)、蒸汽出汽口(6)、温湿度计(8)和蒸汽流量自动控制器(9)；所述电蒸汽锅炉(1)通过蒸汽管道(2)与高电压设备人工污秽试验室(7)相连；蒸汽管道(2)的末端设有多个蒸汽出汽口(6)，蒸汽出汽口(6)位于高电压设备人工污秽试验室(7)内；蒸汽管道(2)上沿蒸汽流动方向依次设有分汽缸(3)和比例调节阀(4)；

所述温湿度计(8)设置在高电压设备人工污秽试验室(7)内；

所述电蒸汽锅炉(1)和比例调节阀(4)的控制端均通过控制电缆与蒸汽流量自动控制器(9)的输出端相连；温湿度计(8)的输出端通过信号测量电缆与蒸汽流量自动控制器(9)的输入端相连；

所述电蒸汽锅炉(1)采用多组电阻丝加热；每一组电阻丝的投入和切除均受控于蒸汽流量自动控制器(9)；

所述电蒸汽锅炉(1)用于产生高温高压的水蒸汽；蒸汽管道(2)用于将电蒸汽锅炉(1)产生的水蒸汽传输至高电压设备人工污秽试验室(7)内；分汽缸(3)用于将水蒸汽分配到不同的蒸汽管道(2)中；比例调节阀(4)用于通过调节其阀门开度调节蒸汽流量；温湿度计(8)用于测量高电压设备人工污秽试验室(7)内的温度和湿度；蒸汽流量自动控制器(9)用于根据温湿度计(8)的测量值自动计算高电压设备人工污秽试验室(7)内需要的蒸汽流量，并通过调节电蒸汽锅炉(1)的加热温度和比例调节阀(4)的阀门开度实现蒸汽流量的自动控制。

2.根据权利要求1所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，其特征在于，还包括设于比例调节阀(4)和蒸汽出汽口(6)之间的蒸汽管道(2)上的蒸汽流量计(5)，所述蒸汽流量计(5)的输出端通过信号测量电缆与蒸汽流量自动控制器(9)的输入端相连；蒸汽流量计(5)用于测量蒸汽的流量。

3.根据权利要求2所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，其特征在于，所述蒸汽管道(2)的末端为“T”型结构，“T”型结构的头部位于高电压设备人工污秽试验室(7)内；“T”型结构的头部上均匀设有多个所述的蒸汽出汽口(6)。

4.根据权利要求2～3中任一项所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，其特征在于，所述电蒸汽锅炉(1)采用WDR2.3-1.3型电蒸汽锅炉；所述比例调节阀(4)采用型号为Q941F-16C的电动智能比例调节阀；所述蒸汽流量计(5)采用LUGB-24型涡街流量计；所述温湿度计(8)采用W4052型温湿度变送器。

5.一种高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，其特征在于，采用权利要求1～3中任一项所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置，包括以下步骤：

步骤1：通过蒸汽流量自动控制器设定人工污秽试验润湿时间t₁和升压时间t₂；设定相对湿度控制目标的默认值为100％～106％；利用温湿度计测量人工污秽试验室的起始温度T₁和起始湿度h₁；

步骤2：蒸汽流量自动控制器根据测得的温度T₁、湿度h₁和人工污秽试验室的体积计算润湿阶段需要的蒸汽总量m₁；

步骤3：蒸汽流量自动控制器根据步骤2计算得到的蒸汽总量m₁和步骤1设定的润湿时间t₁，计算润湿阶段的蒸汽流量q₁、比例调节阀的阀门开度s₁和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₁；

步骤4：蒸汽流量自动控制器根据步骤3的计算结果，调节比例调节阀的阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，控制向人工污秽气候室内喷入蒸汽的流量；

步骤5：蒸汽流量自动控制器利用温湿度计监测人工污秽试验室的湿度，并判断污秽室内的相对湿度值是否达到100％，且持续时间达到3min；若是，则润湿阶段结束进入升压阶段，转步骤6；否则继续向人工污秽气候室内喷入蒸汽；

步骤6：蒸汽流量自动控制器计算升压阶段的蒸汽流量q₂、比例调节阀的阀门开度s₂和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₂；

步骤7：蒸汽流量自动控制器根据步骤7的计算结果，调节比例调节阀的阀门开度和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量，持续向人工污秽试验室内喷入蒸汽；

步骤8：蒸汽流量自动控制器根据测量的人工污秽试验室相对湿度，微量调节比例调节阀的阀门开度和电阻丝投入数量，使人工污秽试验室内的相对湿度达到其控制目标；

步骤9：蒸汽流量自动控制器利用温湿度计监测人工污秽试验室的温度，温度每升高5K时，重复步骤6～8；当人工污秽试验室内的温度升高值达到11K时，蒸汽流量自动控制器将相对湿度控制目标修改为98％～101％，并重复步骤6～8；

步骤10：升压时间t₂到或人为提前结束试验时，蒸汽流量自动控制器关闭比例调节阀和停止为电蒸汽锅炉所有的电阻丝供电。

6.根据权利要求5所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，其特征在于，所述步骤2中，润湿阶段需要的蒸汽总量m₁的计算方法为：

m₁＝ρV(100-h₁)％

其中，V为人工污秽试验室的体积；ρ为蒸汽密度，通过查询温度—饱和蒸汽密度对照表得到。

7.根据权利要求6所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，其特征在于，所述步骤3中，润湿阶段的蒸汽流量q₁、比例调节阀的阀门开度s₁和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₁的计算方法分别为：

q₁＝m_1/t₁；

s₁＝quotient(q₁,q_n)/n₁；

n₁＝quotient(q₁,q_n)+1；

其中，函数Quotient表示求商数的整数部分；q_n为电蒸汽锅炉每组电阻丝投入时能产生的蒸汽流量；

所述步骤6中，升压阶段的蒸汽流量q₂、比例调节阀的阀门开度s₂和电蒸汽锅炉电阻丝投入数量n₂的计算方法为：

s₂＝quotient(q₂,q_n)/n₂；

n₂＝quotient(q₂,q_n)+1；

其中，q₂为蒸汽流量的值，取值等于每分钟的蒸汽损失量m₂。

8.根据权利要求7所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，其特征在于，所述蒸汽流量q₂的初始值设定为q₁/3。

9.根据权利要求5～8中任一项所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，其特征在于，所述步骤8中，根据人工污秽试验室相对湿度的测量值，首先微量调节比例调节阀的阀门开度，使得人工污秽试验室内相对湿度保持在设定的相对湿度控制目标范围内；当比例调节阀的阀门开度大于90％时，蒸汽流量自动控制器控制电蒸汽锅炉多投入一组电阻丝，当比例调节阀的阀门开度小于50％时，蒸汽流量自动控制器控制电蒸汽锅炉切除一组电阻丝；电阻丝数量微调后，蒸汽流量自动控制器重新调整比例调节阀的阀门开度，电阻丝数量调整后，比例调节阀的阀门开度s₃为：

s₃＝q₂/(kn₃q_n)

式中，k为常数，取值与电蒸汽管道直径、长度和保温状况有关；n₃为微调后的电阻丝投入数量，q_n为电蒸汽锅炉每组电阻丝投入时能产生的蒸汽流量。

10.根据权利要求5～8中任一项所述的高电压设备人工污秽试验室蒸汽雾装置的流量控制方法，其特征在于，在整个实验过程中，通过蒸汽流量计和温湿度计分别测量当前蒸汽流量及人工污秽试验室内的温度和湿度。