CN112781804A - 一种sf6漏率标定无级调节装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SF6漏率标定无级调节装置及方法。本发明通过外接SF6标准气体，采用微调阀实现配气室SF6进气压力的无级调节，由固定流导小孔和动态流量法原理实时、准确计算出产生的SF6标准漏率，能够实现宽范围SF6标准漏率的快速产生和无级调节，具有漏率调节范围宽、调节精度高、使用方便、工作可靠等优点，可以满足高压电气设备中微量SF6泄漏的精确测量和漏率标定需求，且仅需一台SF6标准漏率产生装置就能满足不同SF6漏率范围测试时的高精度漏率标定需求。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测、真空泄漏检测技术领域，涉及SF6泄漏检测过程中的漏率标定方法研究，具体涉及一种SF6漏率标定无级调节装置及方法。
背景技术
SF6是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，具有优良的绝缘性能，广泛应用于高压电气设备中，是高压开关中普遍使用的一种绝缘气体。当高压开关中的SF6气体发生泄漏时，一方面会降低绝缘效果，另一方面SF6泄漏到空气中会破坏大气层，是“京都协议”中禁止排放的气体。目前，随着产品可靠性和环保要求的提高，传统的气泡法、卤素法SF6检漏方法在最小可检漏率指标上已经无法满足要求，仿照质谱检漏方法，采用真空质谱泄漏检测是提高SF6泄漏检测最小可检漏率指标的一种有效途径。真空质谱SF6泄漏检测的原理是质谱分析方法，其测量线性和有效最小可检测漏率指标受测量范围、被测对象体积、环境条件等多种因素确定，采用标准漏孔标定方法是质谱检漏中的一种常用方法。传统的氦质谱检漏方法中使用到的氦标准漏孔具有漏率标称值不可调节的特点，为满足不同泄漏检测范围的需要，在泄漏检测过程中需配置多种量程的氦标准漏孔。开展SF6质谱泄漏检测时，SF6气体的物理特性确定了SF6标准漏孔具有制作成本高、衰减率大的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种SF6漏率标定无级调节装置及方法，通过外接SF6标准气体，采用手动调节微调阀进样和标准漏率自动计算的方法，实现宽范围SF6标准漏率的快速产生和无级调节，具有漏率调节范围宽、调节精度高、使用方便、工作可靠等优点，仅需一台SF6标准漏率产生装置就能满足不同SF6漏率范围测试时的高精度漏率标定需求。
本发明装置由SF6进气组件、配气组件、抽空机组和标准漏率引出组件等四部分组成。SF6进气组件由微调阀和截止阀组成，通过调节微调阀的开启度实现配气室压力调节，进而实现SF6标准漏率调节。配气组件由配气室及其压力测量规组成，可根据配气室压力值，由动态流量法测量原理通过计算获得SF6标准漏率。抽空机组由抽空泵、预抽阀、主抽阀和限流小孔组成，其中预抽阀及其管路用于配气室本底真空获得，主抽阀和限流小孔及其管路用于标准漏率产生过程中的配气室压力维持。标准漏率引出组件由固定流导小孔和截止阀组成，固定流导小孔的流导用于实现SF6标准漏率测量范围控制，截止阀用于标准漏率的引出控制。
本发明需要外接SF6标准气体，工作过程中SF6标准气体通过SF6进气组件进入配气室，然后大部分SF6气体经抽空机组排至大气环境，少部分气体经标准漏率引出组件引入到需要开展SF6漏率标定的测试装置中。
本发明的特点是采用手动微调进样和标准漏率自动计算的方法，实现宽范围SF6标准漏率的快速产生和无级调节，具有漏率调节范围宽、调节精度高、使用方便、工作可靠等优点，仅需一台SF6标准漏率产生装置就可满足不同SF6漏率范围测试时的高精度漏率标定需求。
具体的，本发明装置包括：
本发明的SF6漏率标定无级调节装置，包括：微调阀、配气室、固定导流小孔、限流小孔、预抽阀、主抽阀、抽空泵、配气室压力采集器和截止阀；
其中，SF6气源一方面经第一截止阀、微调阀接配气室，另一方面经第一截止阀、第三截止阀接配气室；抽空泵一方面经预抽阀接配气室，另一方面经限流小孔、主抽阀接配气室；SF6漏率测试装置一方面经第二截止阀、固定导流小孔接配气室，另一方面经第二截止阀、第四截止阀接配气室；配气室上还接有监测规和测量规，用于测量配气室内的压力；
其中，SF6气体以分子流状态通过固定流导小孔；通过调节微调阀的开启度实现配气室压力调节，进而实现SF6标准漏率调节；配气室压力采集器根据配气室的压力值以及固定流导小孔值，实时、自动计算出标准漏率值。
较优的，还包括标准漏率显示器，以曲线和数据的方式实时显示标准漏率值。
较优的，所述第一截止阀、第二截止阀采用波纹管截止阀。
较优的，监测规选用测量范围在0.1Pa～1×105Pa的低真空规。
较优的，监测规选用电阻规或热偶规。
较优的，测量规选用电容薄膜规，测量范围根据SF6漏率调节范围选定；若测量范围大于3个数量级，则选择多只电容薄膜规组合使用，以确保配气室压力测量的线性。
较优的，抽空泵选用低真空泵，极限压力不大于0.1Pa，抽速不小于2L/s；预抽阀和主抽阀选用通径大于16mm的真空阀；限流小孔的直径小于1mm。
较优的，固定流导小孔的直径在10μm量级，分子流状态下流导在10-8m3/s量级。
本发明还提供了一种SF6漏率标定无级调节方法，采用上述装置进行调节标定，包括如下步骤：
步骤1，启动抽空泵，依次打开预抽阀、主抽阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀，对配气室以及与SF6气源、SF6漏率测试装置连通的管道进行抽空；
步骤2，启动监测规和测量规对配气室压力进行测量；
步骤3，当监测规显示配气室压力小于0.1Pa后，关闭预抽阀；如果监测规显示配气室压力大于5Pa时，重新打开预抽阀对配气室进行抽空；
步骤4，关闭第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀，调节微调阀的开启度；
步骤5，配气室压力采集器采集测量规的配气室压力测量结果，根据配气室压力值和固定流导小孔的分子流流导值，利用公式(1)实时、自动计算出标准漏率值：
Q＝c(p1-p2) (1)
式中：Q为本发明SF6漏率标定无级调节装置产生的SF6标准漏率值，Pa·m3/s；c为固定流导小孔的分子流流导值，m3/s；p1为测量规4给出的稳压室的压力值，Pa；p2为固定流导小孔的出口端压力。
较优的，通过选择合适的固定流导小孔直径和微调阀开度，控制稳压室的压力p1、固定流导小孔的出口端压力p2满足：p1＞100p2，则装置产生的SF6标准漏率值Q为：
Q＝cp1 (2)。
有益效果：
基于动态流量测量原理可以产生稳定的SF6微流量；采用线性好的电容薄膜规作为固定流导小孔前端压力测量，提高了SF6标准漏率的测量精度；采用调节微调开启度的方式可以实现配气室压力无级调节，从而实现SF6标准漏率的无级调节。
附图说明
图1为发明的装置结构示意图。
其中，1-第一截止阀；2-微调阀；3-监测规；4-测量规；5-固定流导小孔；6-第二截止阀；7-第三截止阀；8-配气室；9-第四截止阀；10-预抽阀；11-主抽阀；12-限流小孔；13-抽空泵；14-标准漏率显示器、15-配气室压力采集器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种SF6漏率标定无级调节装置及方法，采用微调阀实现配气室SF6进气压力的无级调节，由固定流导小孔和动态流量法原理实时、准确计算出产生的SF6标准漏率，可以满足高压电气设备中微量SF6泄漏的精确测量和漏率标定需求。
如图1所示，本发明的SF6漏率标定无级调节装置，包括：SF6进气组件、配气组件、抽空机组、标准漏率引出组件、标准漏率计算和显示单元。
其中，SF6进气组件由微调阀2和第一截止阀1和第三截止阀7组成，通过管路安装在配气室8上；配气组件由配气室8、监测规3和测量规4组成，配气室8预留有SF6进气组件、抽空机组和标准漏率引出组件的安装接口，监测规3和测量规4也安装在配气室8上；抽空机组由抽空泵13、预抽阀10、主抽阀11和限流小孔12组成，形成两路抽空管路，一路由配气室8经主抽阀11和限流小孔12连接到抽空泵13，另一路由配气室8经预抽阀10连接到抽空泵；标准漏率引出组件由固定流导小孔5、第二截止阀6和第四截止阀9组成，通过管路安装在配气室8上；标准漏率计算和显示单元由配气室压力采集器15和标准漏率显示器14组成。
所述的SF6进气组件中：第一截止阀1入口端预留用作外接SF6气源；微调阀2和第三截止阀7设计为并联连接方式，一端连接到第一截止阀1的出口端，另一端经管路连接到配气室8上；SF6漏率标定无级调节装置本底真空获得过程中，经第一截止阀1和第三截止阀7对SF6进气组件进行抽空，确保SF6进气组件内部SF6气体纯度；SF6漏率标定无级调节装置SF6标准漏率产生过程中，经第一截止阀1和微调阀2将SF6气体引入配气室8，通过手动调节微调阀2的开启度调节配气室8的压力。
所述的配气组件中：监测规3选用测量范围在0.1Pa～1×105Pa的低真空规，例如，电阻规、热偶规等，用于实现配气室本底抽空时的压力监测；测量规4选用线性好、测量精度高的电容薄膜规，测量范围可根据SF6漏率调节范围选定，应确保气体通过固定流导小孔时处于分子流状态；当测量范围大于3个数量级时可以选择多只电容薄膜规组合使用，以确保配气室压力测量的线性。
所述抽空机组中：抽空泵13选用低真空泵，极限压力不大于0.1Pa，抽速不小于2L/s；预抽阀10和主抽阀11选用通径大于16mm的真空阀；限流小孔12的直径小于1mm。
所述的标准漏率引出组件中：第二截止阀6采用波纹管截止阀，出口端预留用作外接SF6测试装置；固定流导小孔5和第四截止阀9设计为并联连接方式，一端连接到第二截止阀6的入口端，另一端经管路连接到配气室8上；固定流导小孔5的直径在10μm量级，分子流状态下流导在10-8m3/s量级；SF6漏率标定无级调节装置本底真空获得过程中，经第四截止阀9对标准漏率引出组件组件进行抽空，降低标准漏率引出组件管道内的杂质气体含量；装置SF6标准漏率产生过程中，经固定流导小孔5和第二截止阀6将SF6气体引入SF6漏率测试装置中，通过调节配气室8压力实现SF6标准漏率的无级调节。
本发明还提供了一种SF6漏率标定无级调节方法，采用上述装置产生无级调节SF6标准漏率，包括如下步骤：
步骤一，将SF6漏率标定无级调节装置的SF6进气组件入口与外接SF6气体、标准漏率引出组件的出口与SF6漏率测试装置连接好后；
步骤二，启动抽空泵13，依次打开预抽阀10、主抽阀11、第一截止阀1、第三截止阀7、第二截止阀6、第四截止阀9，对SF6进气组件管道、配气室8和标准漏率引出组件管道进行抽空；
步骤三，启动监测规3和测量规4对配气室压力进行测量；
步骤四，当监测规3显示配气室压力小于0.1Pa后，关闭预抽阀10；如果监测规4显示配气室8压力大于5Pa时，应重新打开预抽阀10对配气室8进行抽空；
步骤五，关闭第一截止阀1、第三截止阀7、第二截止阀6、第四截止阀9，调节微调阀的开启度；
步骤六，配气室压力采集器15自动采集测量规4的配气室压力测量结果，根据配气室8压力值和固定流导小孔5值利用公式(1)实时、自动计算出标准漏率值；
Q＝c(p1-p2) (1)
式中：Q为SF6漏率标定无级调节装置产生的SF6标准漏率值，Pa·m3/s；c为固定流导小孔的分子流流导值，m3/s；p1为测量规给出的稳压室压力值，Pa；p2为固定流导小孔的出口端压力，一般需要控制p1＞100p2，这时公式(1)可以简写为公式(2)。
Q＝cp1 (2)
步骤七，标准漏率显示器将标准漏率值以曲线和数据的方式实时显示出来。
本发明的工作原理是：在真空分子流条件下，固定流导小孔流导值与压力无关，保持恒定，由此产生的流量主要由固定流导小孔入口压力来确定。本发明通过调节微调阀的开启度和设计合理的限流小孔直径，确保进样过程中配气室压力稳定，从而产生稳定、可无级调节的SF6标准漏率。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，包括：微调阀(2)、配气室(8)、固定导流小孔(5)、限流小孔(12)、预抽阀(10)、主抽阀(11)、抽空泵(13)、配气室压力采集器(15)和截止阀；
其中，SF6气源一方面经第一截止阀(1)、微调阀(2)接配气室(8)，另一方面经第一截止阀(1)、第三截止阀(7)接配气室(8)；抽空泵(13)一方面经预抽阀(10)接配气室(8)，另一方面经限流小孔(12)、主抽阀(11)接配气室(8)；SF6漏率测试装置一方面经第二截止阀(6)、固定导流小孔(5)接配气室(8)，另一方面经第二截止阀(6)、第四截止阀(9)接配气室(8)；配气室(8)上还接有监测规(3)和测量规(4)，用于测量配气室(8)内的压力；
其中，SF6气体以分子流状态通过固定流导小孔(5)；通过调节微调阀(2)的开启度实现配气室(8)压力调节，进而实现SF6标准漏率调节；配气室压力采集器(15)根据配气室(8)的压力值以及固定流导小孔(5)值，实时、自动计算出标准漏率值。
2.如权利要求1所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，还包括标准漏率显示器(14)，以曲线和数据的方式实时显示标准漏率值。
3.如权利要求1所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，所述第一截止阀(1)、第二截止阀(6)采用波纹管截止阀。
4.如权利要求1所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，监测规(3)选用测量范围在0.1Pa～1×105Pa的低真空规。
5.如权利要求4所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，监测规(3)选用电阻规或热偶规。
6.如权利要求1所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，测量规(4)选用电容薄膜规，测量范围根据SF6漏率调节范围选定；若测量范围大于3个数量级，则选择多只电容薄膜规组合使用，以确保配气室(8)压力测量的线性。
7.如权利要求1所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，抽空泵(13)选用低真空泵，极限压力不大于0.1Pa，抽速不小于2L/s；预抽阀(10)和主抽阀(11)选用通径大于16mm的真空阀；限流小孔(12)的直径小于1mm。
8.如权利要求1所述的SF6漏率标定无级调节装置，其特征在于，固定流导小孔(5)的直径在10μm量级，分子流状态下流导在10-8m3/s量级。
9.一种SF6漏率标定无级调节方法，其特征在于，采用如权利要求1～8任意一项所述的装置进行调节标定，包括如下步骤：
步骤1，启动抽空泵(13)，依次打开预抽阀(10)、主抽阀(11)、第一截止阀(1)、第二截止阀(6)、第三截止阀(7)、第四截止阀(9)，对配气室(8)以及与SF6气源、SF6漏率测试装置连通的管道进行抽空；
步骤2，启动监测规(3)和测量规(4)对配气室(8)压力进行测量；
步骤3，当监测规(3)显示配气室(8)压力小于0.1Pa后，关闭预抽阀(10)；如果监测规(3)显示配气室(8)压力大于5Pa时，重新打开预抽阀(10)对配气室(8)进行抽空；
步骤4，关闭第一截止阀(1)、第二截止阀(6)、第三截止阀(7)、第四截止阀(9)，调节微调阀(2)的开启度；
步骤5，配气室压力采集器(15)采集测量规(4)的配气室压力测量结果，根据配气室(8)压力值和固定流导小孔(5)的分子流流导值，利用公式(1)实时、自动计算出标准漏率值：
Q＝c(p1-p2) (1)
式中：Q为SF6漏率标定无级调节装置产生的SF6标准漏率值，Pa·m3/s；c为固定流导小孔的分子流流导值，m3/s；p1为测量规4给出的稳压室(8)的压力值，Pa；p2为固定流导小孔(5)的出口端压力。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过选择合适的固定流导小孔直径和微调阀开度，控制稳压室(8)的压力p1、固定流导小孔(5)的出口端压力p2满足：p1＞100p2，则SF6漏率标定无级调节装置产生的SF6标准漏率值Q为：
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