CN108445945A - 一种新型环保绝缘介质快速充放装置及气体配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型环保绝缘介质快速充放装置及气体配置方法，它包括储液罐(9)和储气室(8)，其特征在于：储液罐(9)底部壳体内设置有加热模块(14)，储气室(8)和储液罐(9)分别通过第二出气管(25)和第一出气管(24)与配气装置(6)连接，配气装置(6)通过第三出气管(2)与气体绝缘设备(1)连接；解决了现有技术采用C6F12O作为中低压设备的环保绝缘气体，存在的没有精确的C6F12O与CO2混合比，严重影响了综合局放性能和击穿性能；而且采用是C6F12O与CO2气体混合充气时，配比不能精确控制及混合充气困难等技术问题。

Description

一种新型环保绝缘介质快速充放装置及气体配置方法
技术领域
本发明属于新型环保电气设备内气体填充技术，尤其涉及一种新型环保绝缘介质快速充放装置及气体配置方法。
背景技术
SF6凭借其优异的绝缘表现而被广泛应用于各种电压等级的电力设备中，但由于SF6具有严重的温室效应，被列入京都议定书六大温室气体之一。随着人们环保意识的逐渐觉醒，国际社会对限制SF6使用的呼声也越来越高，一些国家和地区也开始对SF6征收环境保护税。
因此作为目前SF6使用量最多的电力工业，有必要寻找一种兼具绝缘性能和环境友好的新型环保绝缘气体。C6F12O是近期广泛受到研究者关注的一种新型环保绝缘介质，其温室效应潜在值(GWP)接近于1，绝缘性能大约是纯SF6的1.7倍左右，具有替代SF6的潜力。然而C6F12O的液化温度较高(49℃)，常温常压下为液体，对于中低压设备，运行温度在-15℃～40℃，假定最低运行温度-15℃，为保证C6F12O绝缘气体不液化，在实际工程应用中必须与液化温度较低的缓冲气体如CO2混合来降低其液化温度；但是C6F12O与CO2混合比采用多少没有一个统一的标准，导致不同的工作人员采用不同的配比，严重影响了综合局放性能和击穿性能；而且采用是C6F12O与CO2气体混合充气时，配比不能精确控制及混合充气困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种新型环保绝缘介质快速充放装置及气体配置方法，以解决现有技术采用C6F12O作为中低压设备的环保绝缘气体，存在的没有精确的C6F12O与CO2混合比，严重影响了综合局放性能和击穿性能；而且采用是C6F12O与CO2气体混合充气时，配比不能精确控制及混合充气困难等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种新型环保绝缘介质快速充放装置，它包括储液罐和储气室，储液罐底部壳体内设置有加热模块，储气室和储液罐分别通过第二出气管和第一出气管与配气装置连接，配气装置通过第三出气管与气体绝缘设备连接。
气体绝缘设备底部通过抽气管与真空泵连接，排气管与真空泵连接；抽气管上设置有第三开关阀，第三开关阀与控制模块导线连接。
储液罐内壁设置有温度传感器，储液罐内底部设置有压力传感器，压力传感器和温度传感器分别与控制模块导线连接。
储液罐侧面上部设置有进液管及第一开关阀，储液罐侧面下部设置有排液管及第二开关阀，第一开关阀和第二开关阀分别与控制模块导线连接。
第二出气管设置有第二电磁开关阀和第二流量传感器，第二电磁开关阀和第二流量传感器与控制模块导线连接。
第一出气管上设置有第一电磁开关阀和第一流量传感器，第一电磁开关阀和第一流量传感器与控制模块导线连接。
第三出气管上设置有第三流量传感器和气压传感器，第三流量传感器和气压传感器与控制模块导线连接。
一种新型环保绝缘介质快速充放装置的气体配置方法，它包括：
步骤1、通过进液管及第一开关阀将C6F12O液体装入储液罐中，直至液面高度高于储液罐内部高度的3/4以上；
步骤2、对气体绝缘设备进行气密性检查，确保气密性满足要求；
步骤3、洗气：打开第二电磁开关阀和第三电磁开关阀，使气体绝缘设备充入CO2气体至0.2Mpa后，关闭第二电磁开关阀，利用真空泵抽真空，重复3次完成洗气工作；
步骤4、通过控制模块设定好气体绝缘设备内部充气压力、C6F12O和CO2混合气体的浓度配比以及输出流量；
步骤5、通过控制模块上的操作面板设置温度为50℃以上，高于C6F12O的液化温度，启动加热模块进行加热，温度传感器将液温反馈至控制模块，并显示在显示器上，当显示器上显示温度到达设置温度时，打开第一电磁开关阀门和第二电磁开关阀门，使C6F12O蒸汽和CO2气体按照浓度配比分别通过第一出气管和第二出气管通入配气装置内；配气装置充满配置好混合气体后，关闭第一电磁开关阀门和第二电磁开关阀门；
步骤6、配气装置充满配置好混合气体后，打开第三电磁开关阀门对气体绝缘设备进行充气；
步骤7、气体绝缘设备内充气压力达到设定值，关闭第三电磁开关阀门，停止充气。
步骤4所述C6F12O和CO2混合气体的浓度配比为C6F12O浓度为3％，CO2浓度为97％。
本发明有益效果：
本发明通过加热装置使C6F12O达到沸点进而形成C6F12O蒸汽，通过蒸汽压力与配气装置内部真空的气压差使得C6F12O自然进入配气装置，解决了以C6F12O为气体绝缘介质的设备的充气困难问题，大大缩短了充气时间，提高了工作效率；通过配气装置进行配气使C6F12O与CO2精确配比，进而充分混合并输出到气体绝缘设备，同时通过控制模块对各种传感器数据进行检测，从而对电磁阀进行控制，使充气时操作更为简洁方便和精准；解决了现有技术采用C6F12O作为中低压设备的环保绝缘气体，存在的没有精确的C6F12O与CO2混合比，严重影响了综合局放性能和击穿性能；而且采用是C6F12O与CO2气体混合充气时，配比不能精确控制及混合充气困难等技术问题。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明混合气体液化温度与混合比关系曲线示意图；
图3为本发明C6F12O与二氧化碳混合气体局部放电起始电压示意图；
图4为本发明C6F12O与二氧化碳混合气体击穿电压示意图；
图5为本发明C6F12O混合气体、SF6混合气体与CO2击穿电压比值图。
具体实施方式
一种新型环保绝缘介质快速充放装置(见图1)，它包括储液罐9和储气室8，储液罐9底部壳体内设置有加热模块14，储气室8和储液罐9分别通过第二出气管25和第一出气管24与配气装置6连接，配气装置6通过第三出气管2与气体绝缘设备1连接。
气体绝缘设备1底部通过抽气管3与真空泵7连接，排气管4与真空泵连接；抽气管3上设置有第三开关阀19，第三开关阀19与控制模块5导线连接。
储液罐内壁设置有温度传感器16，储液罐9内底部设置有压力传感器15，压力传感器15和温度传感器16分别与控制模块5导线连接。
储液罐9侧面上部设置有进液管及第一开关阀12，储液罐9侧面下部设置有排液管及第二开关阀13，第一开关阀12和第二开关阀13分别与控制模块导线连接。
第二出气管25设置有第二电磁开关阀10和第二流量传感器17，第二电磁开关阀和第二流量传感器17与控制模块导线连接。
第一出气管24上设置有第一电磁开关阀21和第一流量传感器22，第一电磁开关阀21和第一流量传感器22与控制模块导线连接。
第三出气管2上设置有第三流量传感器20和气压传感器18，第三流量传感器20和气压传感器18与控制模块导线连接。
控制模块采用单片机加触摸屏或PLC加触摸屏组成。
所述的储液罐9为一体式密封罐体，材料为304不锈钢，设有用于补充C6F12O液体的进液管及第一开关阀12、排出C6F12O残液的排液管及第二开关阀13以及用于连通配气装置6的第一出气管24，在第一出气管24上设有第一流量传感器22和第一电磁开关阀21；
所述的加热模块14位于于储液罐9底部壳体中，用以对C6F12O加热使其气化，加热模块14输出功率可调，可通过控制模块控制加热模块加热；加热模块可采用电阻丝等加热元件。
所述的温度传感器16位于储液罐9内壁，用以监测加热温度，并将其反馈至控制模块5；
所述的压力传感器15位于储液罐9内壁底部，用以监测储液罐内部剩余C6F12O的含量，并将其反馈至控制模块5，便于C6F12O的补充；
储气室8用于放置CO2气瓶，CO2气瓶通过第二出气管25连接配气装置6，在第二出气管25上设有第二流量传感器17和第二电磁开关阀10；
所述的配气装置6用于将C6F12O和CO2按照一定比例进行精确配比、混合并输出到气体绝缘设备1，配气装置6通过第三出气管2与气体绝缘设备1相连，在第三出气管2上设有第三流量传感器20、气压传感器18和第三电磁开关阀11；
所述的真空泵7用于对气体绝缘设备1进行抽真空处理，真空泵7设有抽气管3和排气管4，分别连接气体绝缘设备和空气，抽气管3上设有手动式开关阀19；
所述的控制模块6通过导线23与真空泵7、加热模块14、配气装置6、各种传感器和电磁阀连接，并设有显示器或触摸屏和操作面板等外围辅助设备，操作面板包括若干温度档位选择按钮、温度微调按钮、混合气体浓度设定按钮、阀门控制按钮，真空泵起停按钮和配气仪开关按钮；
显示器或触摸屏用于显示混合气体的混合比、气体的输出流速、罐体内部液温、剩余C6F12O含量、气体绝缘设备内部气压、输出温度设定和调整
一种新型环保绝缘介质快速充放装置的气体配置方法，它包括：
步骤1、通过进液管及第一开关阀12将C6F12O液体装入储液罐9中，直至液面高度高于储液罐9内部高度的3/4以上；
步骤2、对气体绝缘设备1进行气密性检查，确保气密性满足要求；
具体步骤为：打开开关阀19和第三电磁开关阀门11，通过控制模块5上的操作面板(未标示)启动真空泵7，对气体绝缘设备1内部进行抽真空处理，直至气压传感器18反馈至控制模块5进而显示到显示器(未标示)上的示数为-0.1Mpa，之后关闭开关阀19、第三电磁开关阀门11和真空泵7，将气体绝缘设备1静置60min。60min后再次读取显示器上示数，如果前后两次示数无差异，则说明充气装置气密性良好；否则需要在高压环境下进行进一步的检漏工作；
步骤3、洗气：打开第二电磁开关阀10和第三电磁开关阀11，使气体绝缘设备1充入CO2气体至0.2Mpa后，关闭第二电磁开关阀，利用真空泵抽真空，重复3次完成洗气工作；
步骤4、通过控制模块设定好气体绝缘设备1内部充气压力、C6F12O和CO2
混合气体的浓度配比以及输出流量；
步骤5、通过控制模块上的操作面板设置温度为50℃以上，高于C6F12O的液化温度，启动加热模块进行加热，温度传感器将液温反馈至控制模块，并显示在显示器上，当显示器上显示温度到达设置温度时，打开第一电磁开关阀门和第二电磁开关阀门，使C6F12O蒸汽和CO2气体按照浓度配比分别通过第一出气管和第二出气管通入配气装置6内；配气装置6充满配置好混合气体后，关闭第一电磁开关阀门和第二电磁开关阀门；
第一出气管24和第二出气管25上的上的第一、第二流量传感器用于监测C6F12O和CO2的输入流量。
步骤6、配气装置6充满配置好混合气体后，打开第三电磁开关阀门对气体绝缘设备1进行充气；
步骤7、气体绝缘设备1内充气压力达到设定值，关闭第三电磁开关阀门，停止充气。
最后，关闭加热模块14及配气装置6，完成C6F12O/CO2混合气体充气过程。
此外，在实际使用过程中由于长时间使用会导致C6F12O液体不足的情况，当液面高度低于储液罐9内部高度的1/4以下时，压力传感器15会将结果反馈至控制模块5，并经由显示器提醒实验人员添加C6F12O，此时相关实验人员可以通过排液管13将残液排出并补充C6F12O液体。同理，当第二流量传感器17检测到流量变小时，也会提醒实验人员补换CO2气体。
本发明主要应用于绝缘介质为C6F12O/CO2混和气体的新型气体绝缘设备中所必须经历的充气工序，减少了充气过程中可能出现的充气速率过慢问题，提高了生产和使用效率以及混合气体的混合比精度。
步骤4所述C6F12O和CO2混合气体的浓度配比为C6F12O浓度为3％，CO2
浓度为97％；该处浓度比为质量比。
本发明C6F12O和CO2混合气体的浓度配比为C6F12O浓度为3％，CO2浓度为97％的确定方法为：
1、通过Wagner型方程如式(1)
其中，Tr＝T/Tc，τ＝1-Tr，p为气压，pc为临界气压，p、pc的单位为MPa，T为热力学温度，Tc为临界温度，T、Tc的单位为K，Tc＝441.7K，pc＝1.687MPa，a＝-8.33389，b＝1.46116，c＝0.00648，d＝-138.41822。
根据式(1)计算出C6F12O混合气体在不同气压，不同混合比下的液化温度，如图2所示。可以看出，与CO2混合后，C6F12O的液化温度得到了大大地降低，混合气体在常温常压下不再以液态存在，本发明考虑到电气设备在最低运行温度为-15℃时，随着气压的增加，相同运行温度下要减小C6F12O的含量。
本发明利用针板电极(电极间距15mm)模拟极不均匀电场测试了C6F12O/CO2和混合气体的局部放电起始电压；发现加入C6F12O气体可以明显提高常规气体CO2及N2的局部放电起始电压。实验结果见图3所示。在0.10MPa下加入C6F12O气体后混合气体的局部放电起始电压上升相对较小，但是随着气压增加，C6F12O混合气体的局放起始电压上升较明显。在0.30MPa时，3％C6F12O混合气体局放起始电压为纯CO2的1.34倍。
随着混合比(C6F12O含量)的增加，混合气体的局放起始电压也逐渐增加。对于C6F12O-CO2混合气体，气压在0.10MPa～0.30MPa之内，6％C6F12O与CO2混合气体的局放起始电压略低于10％SF6-CO2混合气体局放起始电压，两者的差值约为0.5kV。
在相同实验条件下测得C6F12O/CO2混合气体随气压变化的击穿电压见图4。C6F12O混合气体的击穿电压明显大于纯CO2的击穿电压。在气压小于等于0.15MPa时，3％C6F12O/CO2混合气体的击穿电压大于10％SF6/CO2的击穿电压；气压大于0.20MPa时，10％SF6/CO2的击穿电压大于3％C6F12O/CO2混合气体的击穿电压，但小于6％C6F12O/CO2混合气体的击穿电压。
从图5数据可知，C6F12O的加入对提升CO2的绝缘性能明显。在CO2中加入3％C6F12O可以明显提高气体的击穿电压，但是与10％的SF6混合气体相比，在气压较高时3％C6F12O/CO2混合气体的击穿电压略低。
本发明综合考虑到为保证-5℃混合气体不液化，在0.10MPa下C6F12O的混合比不能超过7％。气压小于0.20MPa时3％C6F12O混合CO2的击穿电压略小于10％SF6混合CO2击穿电压，大于0.20MPa时，3％C6F12O混合CO2的击穿电压略小于10％SF6混合CO2击穿电压。3％C6F12O加入CO2明显提高了纯CO2的击穿电压。在0.10MPa～0.30MPa下，3％C6F12O混合气体的局部放电起始电压低于同比例的SF6混合气体，接近6％SF6混合气体的局部放电起始电压。因此本发明采用3％C6F12O与97％CO2混合气体。

Claims (9)

1.一种新型环保绝缘介质快速充放装置，它包括储液罐(9)和储气室(8)，其特征在于：储液罐(9)底部壳体内设置有加热模块(14)，储气室(8)和储液罐(9)分别通过第二出气管(25)和第一出气管(24)与配气装置(6)连接，配气装置(6)通过第三出气管(2)与气体绝缘设备(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型环保绝缘介质快速充放装置，其特征在于：气体绝缘设备(1)底部通过抽气管(3)与真空泵(7)连接，排气管(4)与真空泵连接；抽气管(3)上设置有第三开关阀(19)，第三开关阀(19)与控制模块(5)导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型环保绝缘介质快速充放装置，其特征在于：储液罐(9)内壁设置有温度传感器(16)，储液罐(9)内底部设置有压力传感器(15)，压力传感器(15)和温度传感器(16)分别与控制模块(5)导线连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型环保绝缘介质快速充放装置，其特征在于：储液罐(9)侧面上部设置有进液管及第一开关阀(12)，储液罐(9)侧面下部设置有排液管及第二开关阀(13)，第一开关阀(12)和第二开关阀(13)分别与控制模块导线连接。
5.根据权利要求1所述的一种新型环保绝缘介质快速充放装置，其特征在于：第二出气管(25)设置有第二电磁开关阀(10)和第二流量传感器(17)，第二电磁开关阀和第二流量传感器(17)与控制模块导线连接。
6.根据权利要求1所述的一种新型环保绝缘介质快速充放装置，其特征在于：第一出气管(24)上设置有第一电磁开关阀(21)和第一流量传感器(22)，第一电磁开关阀(21)和第一流量传感器(22)与控制模块导线连接。
7.根据权利要求1所述的一种新型环保绝缘介质快速充放装置，其特征在于：第三出气管(2)上设置有第三流量传感器(20)和气压传感器(18)，第三流量传感器(20)和气压传感器(18)与控制模块导线连接。
8.一种新型环保绝缘介质快速充放装置的气体配置方法，它包括：
步骤1、通过进液管及第一开关阀(12)将C6F12O液体装入储液罐(9)中，直至液面高度高于储液罐(9)内部高度的3/4以上；
步骤2、对气体绝缘设备(1)进行气密性检查，确保气密性满足要求；
步骤3、洗气：打开第二电磁开关阀(10)和第三电磁开关阀(11)，使气体绝缘设备(1)充入CO2气体至0.2Mpa后，关闭第二电磁开关阀，利用真空泵抽真空，重复3次完成洗气工作；
步骤4、通过控制模块设定好气体绝缘设备(1)内部充气压力、C6F12O和CO2混合气体的浓度配比以及输出流量；
步骤5、通过控制模块上的操作面板设置温度为50℃以上，高于C6F12O的液化温度，启动加热模块进行加热，温度传感器将液温反馈至控制模块，并显示在显示器上，当显示器上显示温度到达设置温度时，打开第一电磁开关阀门和第二电磁开关阀门，使C6F12O蒸汽和CO2气体按照浓度配比分别通过第一出气管和第二出气管通入配气装置(6)内；配气装置(6)充满配置好混合气体后，关闭第一电磁开关阀门和第二电磁开关阀门；
步骤6、配气装置(6)充满配置好混合气体后，打开第三电磁开关阀门对气体绝缘设备(1)进行充气；
步骤7、气体绝缘设备(1)内充气压力达到设定值，关闭第三电磁开关阀门，停止充气。
9.一种新型环保绝缘介质快速充放装置的气体配置方法，其特征在于：步骤4所述C6F12O和CO2混合气体的浓度配比为C6F12O浓度为3％，CO2浓度为97％。
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