CN114459953B - 全氟异丁腈混合气体密度监测方法 - Google Patents

全氟异丁腈混合气体密度监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全氟异丁腈混合气体密度监测方法，该方法包括：第一计算步骤，计算全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式；拟合步骤，拟合计算CO2气压随温度的变化关系式；第二计算步骤，计算全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线；第一确定步骤，确定全氟异丁腈气体的液化温度；第二确定步骤，确定全氟异丁腈混合气体的T‑P曲线；第三确定步骤，确定温度补偿关系式；判断步骤，根据计算出的20℃时的实际气压与全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定全氟异丁腈混合气体的密度是否减小。本发明能够准确监测全氟异丁腈混合气体的电气设备的气体密度，进而确定电气设备是否漏气，有效提高了监测的准确度。

Description

全氟异丁腈混合气体密度监测方法
技术领域
本发明涉及输电设备技术领域，具体而言，涉及一种全氟异丁腈混合气体密度监测方法。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体作为优良的绝缘和灭弧介质在电气设备中广泛应用，但SF6的温室效应是CO2的23500倍，在大气中存续的寿命高达3200年，对环境存在较大的不利影响。国内外研究表明，全氟异丁腈(C4F7N)与CO2构成的混合气体绝缘强度高，温室效应低，被认为是极具潜力的SF6环保替代气体。目前，SF6气体绝缘设备采用密度继电器显示20℃时气压监测设备中SF6气体的密度来表征SF6气体绝缘设备是否漏气。然而，C4F7N与SF6特性差异较大，现用的SF6气压表并不适于监测C4F7N/CO2混合气体的密度，则无法准确监测C4F7N/CO2混合气体的密度，也就无法准确检测C4F7N/CO2混合气体电气设备的漏气情况。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种全氟异丁腈混合气体密度监测方法，旨在解决现有技术无法准确监测C4F7N/CO2混合气体密度的问题。
本发明提出了一种全氟异丁腈混合气体密度监测方法，该方法包括如下步骤：第一计算步骤，根据气体状态方程，计算全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式；拟合步骤，在全氟异丁腈混合气体中，根据20℃时CO2的气压拟合计算CO2气压随温度的变化关系式；第二计算步骤，计算全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线；第一确定步骤，根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式以及全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线，确定全氟异丁腈气体的液化温度；第二确定步骤，根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式、CO2气压随温度的变化关系式以及全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线，确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线；第三确定步骤，根据全氟异丁腈混合气体的T-P曲线和全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定温度补偿关系式；判断步骤，根据温度补偿关系式、实际采集的气体温度和气体压力计算20℃时的实际气压，根据计算出的20℃时的实际气压与全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定全氟异丁腈混合气体的密度是否减小。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，第一计算步骤中，全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式为：
Figure BDA0003286679000000021
式中，PC4为全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的的分压，T为温度，VC4为全氟异丁腈气体的单位质量体积；其中，T的取值范围为-40℃～100℃。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，第一计算步骤中，设定全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT和全氟异丁腈气体的体积占比f，f的取值范围为0～1；全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压PC4取fPT，并根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式计算出全氟异丁腈气体的单位质量体积VC4。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，拟合步骤中，CO2气压随温度的变化关系式为：
Figure BDA0003286679000000022
式中，PCO2为CO2的气压，PCO20为20℃时CO2在全氟异丁腈混合气体中的气压。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，第二计算步骤中，全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线为：lgPC'4＝3.16-981/(T-3.18)；式中，PC4’为全氟异丁腈气体的饱和蒸气压。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，第一确定步骤中，将全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式以及全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线联立，将两个关系式交点的温度确定为全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT、体积占比f下的液化温度TD。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，第二确定步骤中，根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式、CO2气压随温度的变化关系式、全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线以及全氟异丁腈气体的单位质量体积VC4，确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线为：
Figure BDA0003286679000000031
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，第三确定步骤中，以全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压PT为基准，确定将不同温度下的气压换算到20℃气压的温度补偿值ΔP，温度补偿关系式为：ΔP＝P-PT。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，判断步骤进一步包括：实际气压计算子步骤，根据温度补偿关系式、实际采集的气体温度和实际采集的气体压力Pg，计算20℃时的实际气压Pg20，其中，Pg20＝Pg-ΔP；比较判断子步骤，根据公式∣Pg20-PT∣，计算气压降低值，若气压降低值大于预设值，确定全氟异丁腈混合气体的密度减小。
进一步地，上述全氟异丁腈混合气体密度监测方法中，比较判断子步骤中，若全氟异丁腈混合气体的密度减小，确定电气设备发生漏气。
本发明中，首先确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线，能够获知全氟异丁腈混合气体随着温度变化的规律和特性，然后确定出20℃时的实际气压，进而确定全氟异丁腈混合气体的密度是否减小，能够准确监测全氟异丁腈混合气体的电气设备的气体密度，进而确定电气设备是否漏气，避免发生泄露，确保电气设备的可靠运行，该方法有效地提高了监测的准确度，进而能够准确监测C4F7N/CO2混合气体电气设备的漏气情况，解决了现有技术无法准确监测C4F7N/CO2混合气体密度的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的全氟异丁腈混合气体密度监测方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，图1为本发明实施例提供的全氟异丁腈混合气体密度监测方法的流程图。如图所示，全氟异丁腈混合气体密度监测方法包括如下步骤：
第一计算步骤S1，根据气体状态方程，计算全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式。
具体地，该全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压PC4与温度T之间的变化关系式为：
Figure BDA0003286679000000051
上式中，PC4为全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压，PC4的单位为MPa；T为温度，T的取值范围为-40℃～100℃；VC4为全氟异丁腈气体的单位质量体积，单位为m3/kg。其中，全氟异丁腈气体即为C4F7N气体。
设定全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT和全氟异丁腈气体的体积占比f，f的取值范围为0～1。具体地，全氟异丁腈混合气体为全氟异丁腈与CO2的混合气体，即C4F7N/CO2混合气体。其中，1≥f＞0。
全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压PC4取fPT，并根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式计算出全氟异丁腈气体的单位质量体积VC4，具体地，将PC4＝fPT带入式(1)计算得到VC4。
在本实施例中，设定全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT为0.5MPa，C4F7N体积占比f为5％，公式(1)中的PC4为0.025MPa，计算得到VC4为0.5002m3/kg。
拟合步骤S2，在全氟异丁腈混合气体中，根据20℃时CO2的气压拟合计算CO2气压随温度的变化关系式。
具体地，CO2气压PCO2随温度T的变化关系式为：
Figure BDA0003286679000000052
上式中，PCO2为CO2的气压，PCO20为20℃时CO2在全氟异丁腈混合气体中的气压。
在本实施例中，20℃时CO2的气压PCO20为0.475MPa。
第二计算步骤S3，计算全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线。
具体地，全氟异丁腈气体的饱和蒸气压PC4’与温度T的变化曲线为：
lgP′C4＝3.16-981/(T-3.18)； 公式(3)。
上式中，PC4’为全氟异丁腈气体的饱和蒸气压。
第一确定步骤S4，根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式以及全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线，确定全氟异丁腈气体的液化温度。
具体地，将全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压PC4与温度T之间的变化关系式以及全氟异丁腈气体的饱和蒸汽压PC4’与温度T的变化曲线联立，将两个关系式交点的温度确定为全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT、体积占比f下的液化温度TD。
更为具体地，将公式(1)和公式(3)联立，将两个关系式交点的温度确定为全氟异丁腈气体(即C4F7N气体)在体积占比f下的液化温度TD。
在本实施例中，在PC4为0.025MPa，VC4为0.5002m3/kg，PCO20为0.475MPa的前提下，根据公式(1)和公式(3)，确定C4F7N气体在全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT为0.5MPa、体积占比5％下的液化温度TD为-38℃。
第二确定步骤S5，根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式、CO2气压随温度的变化关系式以及全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线，确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线。
具体地，根据全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式、CO2气压随温度的变化关系式、全氟异丁腈气体的饱和蒸汽压与温度的变化曲线以及全氟异丁腈气体的单位质量体积VC4，确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线为：
Figure BDA0003286679000000061
更为具体地，联合公式(1)、公式(2)和公式(3)，确定全氟异丁腈混合气体(即C4F7N气体)的T-P曲线。
在本实施例中，联合公式(1)、公式(2)和公式(3)，在-40℃～40℃范围内，得到C4F7N/CO2混合气体的T-P曲线。
第三确定步骤S6，根据全氟异丁腈混合气体的T-P曲线和全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定温度补偿关系式。
具体地，以全氟异丁腈混合气体(即C4F7N/CO2混合气体)20℃时的电气设备气压PT为基准，确定将不同温度下的气压换算到20℃气压的温度补偿值ΔP，温度补偿关系式为：
ΔP＝P-PT 公式(5)。
判断步骤S7，根据温度补偿关系式、实际采集的气体温度和气体压力计算20℃时的实际气压，根据计算出的20℃时的实际气压与全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定全氟异丁腈混合气体的密度是否减小。
具体地，判断步骤S7进一步包括：
实际气压计算子步骤S71，根据温度补偿关系式、实际采集的气体温度和实际采集的气体压力Pg，计算20℃时的实际气压Pg20，其中，Pg20＝Pg-ΔP。
具体地，通过温度传感器采集实际的气体温度Tt，通过气压传感器实时监测实际的气体压力Pg，根据公式(5)计算20℃时的实际气压Pg20，Pg20＝Pg-ΔP。
比较判断子步骤S72，根据公式∣Pg20-PT∣，计算气压降低值，若气压降低值大于预设值，确定全氟异丁腈混合气体的密度减小。
具体地，若全氟异丁腈混合气体的密度减小，则确定电气设备发生漏气。
具体实施时，预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。
全氟异丁腈混合气体密度监测方法的工作原理是：电气设备若不发生漏气，无论环境温度如何变化，电气设备气室中的气体密度不会变，所以通过监测气体密度变化能够及时地发现电气设备是否漏气，进而能够准确、及时地确定电气设备的运行状况。然而，电气设备的气体密度值难以获得，则采用检测实时气压的方法监测气体密度，但是，气压会随着温度发生变化。因此，为了便于工作人员监测电气设备是否存在漏气情况，将气压检测装置显示20℃时的气压值表征气体密度变化，即将检测的实时气压进行温度补偿换算为20℃时的气压值，进而实现电气设备的气体密度状态监测。
本实施例的方法通过实时检测C4F7N/CO2混合气体的分气压及混合气体运行温度，确定C4F7N/CO2混合气体的T-P曲线，并进行准确的温度补偿，以监测C4F7N/CO2混合气体的密度变化，避免因气压检测不准造成放电等电气设备事故，确保电气设备安全可靠运行。
可以看出，本实施例中，首先确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线，能够获知全氟异丁腈混合气体随着温度变化的规律和特性，然后确定出20℃时的实际气压，进而确定全氟异丁腈混合气体的密度是否减小，能够准确监测全氟异丁腈混合气体的电气设备的气体密度，进而确定电气设备是否漏气，避免发生泄露，确保电气设备的可靠运行，该方法有效地提高了监测的准确度，进而能够准确监测C4F7N/CO2混合气体电气设备的漏气情况，解决了现有技术无法准确监测C4F7N/CO2混合气体密度的问题。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述全氟异丁腈混合气体是全氟异丁腈与二氧化碳构成的混合气体，包括如下步骤：
第一计算步骤，根据气体状态方程，计算全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式；
拟合步骤，在全氟异丁腈混合气体中，根据20℃时CO2的气压拟合计算CO2气压随温度的变化关系式；
第二计算步骤，计算全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线；
第一确定步骤，根据所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式以及所述全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线，确定全氟异丁腈气体的液化温度；
第二确定步骤，根据所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式、所述CO2气压随温度的变化关系式以及所述全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线，确定全氟异丁腈混合气体的T-P曲线；
第三确定步骤，根据所述全氟异丁腈混合气体的T-P曲线和所述全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定温度补偿关系式；
判断步骤，根据所述温度补偿关系式、实际采集的气体温度和气体压力计算20℃时的实际气压，根据计算出的20℃时的实际气压与所述全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压，确定所述全氟异丁腈混合气体的密度是否减小。
2.根据权利要求1所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述第一计算步骤中，
所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式为：
Figure FDA0003705656570000021
式中，PC4为所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压，T为温度，VC4为所述全氟异丁腈气体的单位质量体积；其中，T的取值范围为-40℃～100℃。
3.根据权利要求2所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述第一计算步骤中，
设定所述全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT和所述全氟异丁腈气体的体积占比f，f的取值范围为0～1；
所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压PC4取fPT，并根据所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式计算出所述全氟异丁腈气体的单位质量体积VC4。
4.根据权利要求3所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述拟合步骤中，
所述CO2气压随温度的变化关系式为：
Figure FDA0003705656570000022
式中，PCO2为CO2的气压，PCO20为20℃时CO2在全氟异丁腈混合气体中的气压。
5.根据权利要求3所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述第二计算步骤中，
所述全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线为：
lgP′C4＝3.16-981/(T-3.18)；式中，PC4’为所述全氟异丁腈气体的饱和蒸气压。
6.根据权利要求5所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述第一确定步骤中，
将所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式以及所述全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线联立，将两个关系式交点的温度确定为所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体的电气设备气压PT、体积占比f下的液化温度TD。
7.根据权利要求6所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述第二确定步骤中，
根据所述全氟异丁腈气体在全氟异丁腈混合气体中的分压与温度之间的变化关系式、所述CO2气压随温度的变化关系式、所述全氟异丁腈气体的饱和蒸气压与温度的变化曲线以及所述全氟异丁腈气体的单位质量体积VC4，确定所述全氟异丁腈混合气体的T-P曲线为：
Figure FDA0003705656570000031
8.根据权利要求7所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述第三确定步骤中，
以所述全氟异丁腈混合气体20℃时的电气设备气压PT为基准，确定将不同温度下的气压换算到20℃气压的温度补偿值ΔP，所述温度补偿关系式为：
ΔP＝P-PT。
9.根据权利要求8所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述判断步骤进一步包括：
实际气压计算子步骤，根据所述温度补偿关系式、实际采集的气体温度和实际采集的气体压力Pg，计算20℃时的实际气压Pg20，其中，Pg20＝Pg-ΔP；
比较判断子步骤，根据公式∣Pg20-PT∣，计算气压降低值，若所述气压降低值大于预设值，确定所述全氟异丁腈混合气体的密度减小。
10.根据权利要求9所述的全氟异丁腈混合气体密度监测方法，其特征在于，所述比较判断子步骤中，
若所述全氟异丁腈混合气体的密度减小，确定电气设备发生漏气。
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