CN117167648A - 具有流量控制的混合气体快速充气装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明记载一种具有流量控制的混合气体快速充气装置及方法，包括第一气路、第二气路，第一气路依次串接第一气罐、第一减压阀、第一换热器、第一控温模块、第一控温模块的下游并联流量控制支路和比例控制支路；第二气路包括依次串接的第二气罐、第二减压阀、第二换热器、第二控温模块；第二控温模块的下游并联流量控制支路和比例控制支路。充气时，先关闭两条流量控制支路，打开两条比例控制支路，通过温度计算出气体流量，根据流量控制比例阀的开度大小，从而较为精确的控制管路直充混合气体的混合比，并能够根据流量监测结果来计量气体气量；根据混合比检测结果，关闭比例控制支路，打开流量控制支路，精准补偿混合气体混合比。
Description
技术领域
本发明涉及充气设备气体绝缘材料技术领域，具体来说是一种具有流量控制的混合气体快速充气装置及方法。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体因其优秀的绝缘和灭弧性能，自上世纪六七十年代以来，被广泛应用于充气设备中充当绝缘介质。但SF6作为一种强温室气体，其全球变暖潜势值(GWP)是CO2的23900倍，且能够在大气中存在3200多年。减少SF6气体使用量是大势所趋。目前国家电网正大力推动混气改革并已取得了良好的应用效果，如采用SF6/N2、C4F7N/CO2混合绝缘气体来替代纯SF6气体。但是，与混合绝缘气体相关的运维检修方法及装置目前还尚未完善，需要进一步研究。
混合绝缘气体充、补气是混合气体绝缘设备应用的重要环节。混合气体绝缘设备具有额定的混气比例，充补气方法不当会造成混气比例偏差。对于SF6/N2混合绝缘气体，如果设备中SF6气体比例偏小，则会影响电气绝缘水平，危及设备电网安全；反之若SF6气体比例偏大，则又违背减少SF6使用量的初衷，影响设备的检测与管理。而对于C4F7N/CO2混合绝缘气体，C4F7N对混合绝缘气体的绝缘和灭弧特性起主要作用，但其本身容易液化，因此同样需要将其比例控制在合理范围内。
现阶段对混合气体进行充补气的方法有分压法和动态配气法。分压法即按照分压力先充入一定分压的气体，再充入一定的分压的另一部分气体。该方法操作简单、充气速度快，但存在混气准确度较低，无法准确计量充入的气体比例，且充入的气体需要进行较长时间的自然扩散才能完全混匀，期间绝缘和灭弧性能可能并不达标。动态配气采用高精度的质量流量控制器(MFC)，按照所需的气体混合比例，严格控制各组分气体的质量流量并加以混合，配气精度高、混匀效果好。动态配气法可以连续快速配置出不同组分含量的混合气体，但受限于MFC的量程，会降低气体流速，充气速度低。
如公开号为CN108119749A公开的一种SF6和N2混合气体充气装置及精确充气方法，包括SF6充气气路、N2充气气路、气体组分监测及反馈控制装置以及增压充气，根据所充入的SF6与N2气体质量流量，精确控制混合气体中两种气体的成分含量，具备自适应控制功能，能够检测GIS充气设备充气设备中的SF6与N2气体成分含量，自动控制SF6与N2气体的充气量。该装置使用MFC控制SF6/N2气体的流出，降低流速，延长充气时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有充补气装置充补气速度慢，时间长。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
具有流量控制的混合气体快速充气装置，包括第一气路、第二气路、缓冲罐、检测模块、压缩机、真空泵；
所述第一气路依次串接第一气罐、第一减压阀、第一换热器、第一控温模块、所述第一控温模块的下游并联流量控制支路和比例控制支路；所述流量控制支路包括依次串接的第一电磁阀和第一质量流量控制器；所述比例控制支路包括依次串接第二电磁阀和第一比例阀；
所述第二气路包括依次串接的第二气罐、第二减压阀、第二换热器、第二控温模块；所述第二控温模块的下游并联流量控制支路和比例控制支路；所述流量控制支路包括依次串接的第三电磁阀和第二质量流量控制器；所述比例控制支路包括依次串接第四电磁阀和第二比例阀；
所述第一气路和第二气路合并后依次串接缓冲罐、压缩机、第五电磁阀、压力传感器；
本发明中，采用管道直充(关闭流量控制支路，打开比例控制支路)，通过检测管道中气体经过控温模块的温度变化，从而计算出气体流量，并根据流量反馈结果控制管路中比例阀的开度大小，从而较为精确的控制管路直充混合气体的混合比，并能够根据流量监测结果来计量气体气量；根据混合比检测结果，关闭比例控制支路，打开流量控制支路，流量控制支路中的MFC(第一质量流量控制器、第二质量流量控制器)按照混合气体补气算法精准补偿混合气体混合比，保证最终充入气室的混合气体混合比符合要求。
进一步的，还包括真空泵，所述第一控温模块、第二控温模块的下游均通过第七电磁阀、第八电磁阀与真空泵连通。
进一步的，所述压缩机上游与压力传感器上游之间还依次串接有混合比例检测模块、第三比例阀、第六电磁阀。
进一步的，所述缓冲罐上游还通过第九电磁阀与所述真空泵连通。
与上述装置配套的，本发明还提供一种具有流量控制的混合气体快速充气方法，包括以下步骤：
(1)启动抽真空流程；
(2)打开两个气罐，调节第一减压阀、第二减压阀，使降压后的气体压力为0.6MPa，打开第二、第四和第五电磁阀，其余电磁阀关闭，进入管路直充流程；
两路气体分别流过第一换热器和第二换热器，将气罐中的SF6气体初步升温，之后两路气体分别进入第一控温模块和第二温控模块，并顺着两条所述比例控制支路通过缓冲罐经压缩机加压灌充至充气设备；
(3)流量计算：第一温控模块中包括第一、第二、第三温度传感器，以及第一升温组件和第二升温组件；其中第一升温组件温度Tk1恒定为Tc+5℃，第二升温组件温度Tk2恒定为Tc+10℃，Tc为环境温度；第一、第二、第三温度传感器检测到的SF6气体温度分别为T1、T2、T3，由该组温度数据计算出气体流量大小，计算方法为：
由热量计算公式可知：
其中Q为气体流量，G为所产生的换热量，k为气体的比热容。因此，SF6和N2的流量计算公式分别为：
因此，在已知换热量的情况下，根据T1、T2、T3可分别获取两组温度差：
ΔTSF6,1＝T1-T2 (3)
ΔTSF6,2＝T2-T3 (4)
两组温度差可以计算出两个流量值QSF6,1和QSF6,2，将其求平均可以提高流量计算的准确度：
同理，计算出
(4)流量控制及计量：已知目标混合比为a％：b％(a％+b％＝1)，根据计算得出的两路流量和/>控制第一比例阀或第二比例阀14的内孔径开度，从而实现流量调节，
气体气量计量：两条气路输出时间相同，均设为t1，则两路管路直充过程气体气量mSF6,1和mN2,1以及总气体气量m1为：
根据理想气体状态方程可得：
m1＝mSF6,1+mN2,1 (14)
式中，由于第一控温模块、第二控温模块靠近减压阀，PSF6和PN2均为0.6MPa；MSF6为SF6的相对分子质量，MN2为N2的相对分子质量，R为常数，TSF6和TN2为管道中气体的开氏温度，单位K；
(4)计算MFC补充混合气体的混合比：当压力传感器监测到充气设备压力为设定压力时，关闭第二电磁阀、第四电磁阀，压缩机继续工作1min将缓冲罐中的气体尽可能抽出，保证缓冲罐内气体压力低于充气设备内压力；打开第六电磁阀，充气设备中气体在压力差的作用下，经过第三比例阀、混合比检测模块流向缓冲罐，记录充气设备混合比为CSF6,r:CN2,r，并根据下式计算后续需补充气体的混合比：
上式中，CSF6,s——需补充的混合气体的混合比；CSF6,r——充气设备中的混合气体的目标混合比；CSF6,t——补气前检测模块测量的充气设备中的气体混合比数值；Pr——充气设备中混合气体的压力的额定值；Pt——补气前充气设备中混合气体的压力的测量值；将混气比为/>的混合气体充入充气设备至额定压力；当/>或cSF6,s＞100％时，说明通过单次补气无法将设备中的混气比调整到额定值，当/> 时，控制端进行N2过充报警；当/>时，控制端进行SF6过充报警；
故待补充的混合气体混合比为CSF6,s：CN2,s，其中CN2,s＝1-CSF6,s。
(5)关闭第六电磁阀，打开第一电磁阀、第二电磁阀和第五电磁阀，设定SF6气体所在流量控制支路的第一MFC流量QMFC,1为150L/min，并根据待补充混合气体混合比计算N2气体所在流量控制支路的第二MFC流量QMFC,2为(QMFC,1×CN2,s)/CSF6,s L/min；当压力传感器监测到充气设备压力为额定压力时停止充气，关闭所有电磁阀以及MFC，充气过程结束；
(6)计算充补气过程mSF6和mN2以及总气体气量m为：
MFC补气过程气体气量为：
故全过程充入的SF6、N2以及总气体气量为：
mSF6＝mSF6,1+mSF6,2 (18)
mN2＝mN2,1+mN2,2 (19)
m＝m1+m2 (20)
(7)若充入混合气体为C4F7N/CO2，则仍按照步骤(1)～(7)进行，C4F7N与SF6相同，CO2和N2相同。
进一步的，所述步骤(1)的抽真空流程具体为：除第五电磁阀、第六电磁阀外打开所有电磁阀，整个管路抽真空至133Pa，静置30min读取真空值A，后静置5h读取真空值B，上升值(B-A)不应该超过67Pa，抽真空结束后关闭所有电磁阀和真空泵。
进一步的，所述步骤(4)中流量控制具体调节方法为：
若当前检测到的两路流量和/>满足：/>则表明QSF6过大，需要降低SF6气体流速，控制第一比例阀调小内孔径开度；
若则第一比例阀、第二比例阀开度保持不变；
若则表明QN2过大，需要降低N2气体流速，控制第二比例阀调小内孔径开度，当/>时停止调控并将第二比例阀开度保持不变。
本发明的优点在于：
本发明充气时，先采用管道直充(关闭两条流量控制支路，打开两条比例控制支路)，通过检测管道中气体经过控温模块的温度变化，从而计算出气体流量，并根据流量反馈结果控制管路中比例阀的开度大小，从而较为精确的控制管路直充混合气体的混合比，并能够根据流量监测结果来计量气体气量；根据混合比检测结果，关闭比例控制支路，打开流量控制支路，流量控制支路中的MFC按照混合气体补气算法精准补偿混合气体混合比，保证最终充入气室的混合气体混合比符合要求。本发明采用先管路直充，再用MFC精确补气，既兼顾了充气速度，又能够保证充入的混合气体混合比符合要求，混匀效果好；本发明根据气体经过控温模块的温差变化来检测并控制两路气体的流量，配制的混合气体混合比精度较高且能够直接计量充入的气体气量；具备充入不同混合比的SF6/N2、C4F7N/CO2的功能。
附图说明
图1为本发明实施例中装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中两个控温模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施了记载一种具有流量控制的混合气体快速充气装置，包括第一气路、第二气路、缓冲罐17、检测模块20、压缩机18、真空泵26；
第一气路依次串接第一气罐1、第一减压阀3、第一换热器5、第一控温模块7、第一控温模块7的下游并联流量控制支路和比例控制支路；流量控制支路包括依次串接的第一电磁阀9和第一质量流量控制器10；比例控制支路包括依次串接第二电磁阀11和第一比例阀12；
第二气路包括依次串接的第二气罐2、第二减压阀4、第二换热器6、第二控温模块8；第二控温模块8的下游并联流量控制支路和比例控制支路；流量控制支路包括依次串接的第三电磁阀13和第二质量流量控制器14；比例控制支路包括依次串接第四电磁阀15和第二比例阀16；
第一气路和第二气路合并后依次串接缓冲罐17、压缩机18、第五电磁阀19、压力传感器23。
第一控温模块7、第二控温模块8的下游均通过第七电磁阀24、第八电磁阀25与真空泵26连通。
压缩机18上游与压力传感器23上游之间还依次串接有混合比例检测模块20、第三比例阀21、第六电磁阀22。
缓冲罐17上游还通过第九电磁阀29与真空泵26连通。
本实施例中，第一气体为SF6，对应的第二气体为N2，或者第一气体为C4F7N，对应的第二气体为CO2。
本实施例通过第一控温模块7、第二控温模块8对第一气路和第二气路中的气体进行加热，并测得气体在管道中加热前后的温度变化，间接获取气体流量，并可根据温度测量反馈结果，调节第一比例阀12、第二比例阀16的开度，从而实现调控管道直充时的气体流量；在管道直充设定后，关闭两条比例控制支路采用两条流量控制支路精确输出两种组分气体至额定压力。具体方法如下：
(1)启动抽真空流程；除第五、第六电磁阀外打开所有电磁阀，整个管路抽真空至133Pa，静置30min读取真空值A，后静置5h读取真空值B，上升值(B-A)不应该超过67Pa，抽真空结束后关闭所有电磁阀和真空泵26；
(2)打开两个气罐，调节第一减压阀3、第二减压阀4，使降压后的气体压力为0.6MPa，打开第二、第四和第五电磁阀，其余电磁阀关闭，进入管路直充流程；
两路气体分别流过第一换热器5和第二换热器6，将气罐中的SF6气体初步升温，之后两路气体分别进入第一和第二温控模块，并顺着气路通过缓冲罐17经压缩机18加压灌充至充气设备；
(3)流量计算：第一和第二温控模块如图2所示，第一温控模块中包括第一、第二、第三温度传感器，对应图2中的T1、T2、T3的测量；以及第一升温组件和第二升温组件；其中第一升温组件温度Tk1恒定为Tc+5℃，第二升温组件温度Tk2恒定为Tc+10℃，Tc为环境温度；第一、第二、第三温度传感器检测到的SF6气体温度分别为T1、T2、T3，由该组温度数据计算出气体流量大小，计算方法为：
由热量计算公式可知：
其中Q为气体流量，G为所产生的换热量，k为气体的比热容。因此，SF6和N2的流量计算公式分别为：
因此，在已知换热量的情况下，根据T1、T2、T3可分别获取两组温度差：
ΔTSF6,1＝T1-T2 (3)
ΔTSF6,2＝T2-T3 (4)
两组温度差可以计算出两个流量值QSF6,1和QSF6,2，将其求平均可以提高流量计算的准确度：
由于实施例选用的升温组件中热源为阻值相同的电阻丝(阻值为R)，均匀缠绕在管路表面，管路材质相同，管道截面积均为S，电阻丝外部由隔热材料包覆，包裹部分管道长度均为L。对于电阻丝上产生的热量(电阻丝通电产生的热量)主要有三种传导途径，即电阻丝本身热量Q0、通过隔热材料逸散到外界的热量Qs、管路吸收的热量Qk，以及被管路中气体吸收的热量，也就是气体的换热量G：
由于电阻丝和管路为金属材质，比热容较低，且被隔热材料包覆，故其热量可忽略不计；选用的隔热材料为无机质高分子保温材料，保温效果极好，故逸散热量也可忽略不计，因此上式可化简为：
其中tSF6气体在该升温组件包裹管道流过时间，根据气体流量、流速公式，以及流速、时间公式：
Q＝V×S (8)
L＝V×t (9)
进一步计算得：
将式(10)带入式(2)：
根据式(11)分别计算出第一和第二升温组件处得流量大小QSF6,1和QSF6,2，求均值得上式中，KSF6为SF6的比热容，数值为0.665J/(g*K)。
另一路N2计算方法同样参照该计算方法，第二温控模块包括第四、第五、第六温度传感器，对应图2中的T4、T5、T6测量，以及第三升温组件和第四升温组件；N2为气态存储，同样第三升温组件温度Tk3恒定为Tc+5℃，第四升温组件温度Tk4恒定为Tc+10℃；第四、第五、第六温度传感器检测到的SF6气体温度分别为T4、T5、T6。计算所需的N2比热容为1.038J/(g*K)。
(4)流量控制及计量：已知目标混合比为a％：b％(a％+b％＝1)，根据计算得出的两路流量和/>控制第一比例阀12或第二比例阀14的内孔径开度，从而实现流量调节，
气体气量计量：两条气路输出时间相同，均设为t1，则两路管路直充过程气体气量mSF6,1和mN2,1以及总气体气量m1为：
根据理想气体状态方程可得：
m1＝mSF6,1+mN2,1 (14)
式中，由于第一控温模块7、第二控温模块8靠近减压阀，PSF6和PN2均为0.6MPa；MSF6为SF6的相对分子质量，MN2为N2的相对分子质量，R为常数，TSF6和TN2为管道中气体的开氏温度，单位K；
(4)计算MFC补充混合气体的混合比：当压力传感器23监测到充气设备压力为设定压力时(一般可设定为额定压力的90％)，关闭第二、第四电磁阀，压缩机18继续工作设定时长，一般为1min将缓冲罐17中的气体尽可能抽出，保证缓冲罐22内气体压力低于充气设备内压力；打开第六电磁阀22，充气设备中气体在压力差的作用下，经过第三比例阀21、混合比检测模块20流向缓冲罐17，记录充气设备混合比为CSF6,r:CN2,r，并根据下式计算后续需补充气体的混合比：
上式中，CSF6,s——需补充的混合气体的混合比；CSF6,r——充气设备中的混合气体的目标混合比；CSF6,t——补气前检测模块20测量的充气设备中的气体混合比数值；Pr——充气设备中混合气体的压力的额定值；Pt——补气前充气设备中混合气体的压力的测量值；将混气比为/>的混合气体充入充气设备至额定压力；当/>或时，说明通过单次补气无法将设备中的混气比调整到额定值，当/>时，控制端进行N2过充报警；当/>时，控制端进行SF6过充报警；
故待补充的混合气体混合比为CSF6,s：CN2,s，其中CN2,s＝1-CSF6,s。
(5)关闭第六电磁阀22，打开第一、第二和第五电磁阀9、11、19，设定SF6气体所在支路的第一MFC流量QMFC,1为150L/min，并根据待补充混合气体混合比计算N2气体所在支路的第二MFC流量QMFC,2为(QMFC,1×CN2,s)/CSF6,s L/min；当压力传感器监测到充气设备压力为额定压力时停止充气，关闭所有电磁阀以及MFC，充气过程结束；
(6)计算充补气过程mSF6和mN2以及总气体气量m为：
MFC补气过程气体气量为：
故全过程充入的SF6、N2以及总气体气量为：
mSF6＝mSF6,1+mSF6,2 (18)
mN2＝mN2,1+mN2,2 (19)
m＝m1+m2 (20)
(7)若充入混合气体为C4F7N/CO2，则仍按照步骤(1)～(7)进行，C4F7N与SF6相同，CO2和N2相同，其中C4F7N比热容为0.835J/(g*K)；CO2比热容为0.840J/(g*K)。
本实施例充气时，先关闭两条流量控制支路，打开两条比例控制支路，通过检测管道中气体经过控温模块的温度变化，从而计算出气体流量，并根据流量反馈结果控制管路中比例阀的开度大小，从而较为精确的控制管路直充混合气体的混合比，并能够根据流量监测结果来计量气体气量；根据混合比检测结果，关闭比例控制支路，打开流量控制支路，流量控制支路中的MFC按照混合气体补气算法精准补偿混合气体混合比，保证最终充入气室的混合气体混合比符合要求。本实施例采用先管路直充，再用MFC精确补气，既兼顾了充气速度，又能够保证充入的混合气体混合比符合要求，混匀效果好；本实施例根据气体经过控温模块的温差变化来检测并控制两路气体的流量，配制的混合气体混合比精度较高且能够直接计量充入的气体气量；具备充入不同混合比的SF6/N2、C4F7N/CO2的功能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.具有流量控制的混合气体快速充气装置，其特征在于，包括第一气路、第二气路、缓冲罐(17)、检测模块(20)、压缩机(18)、真空泵(26)；
所述第一气路依次串接第一气罐(1)、第一减压阀(3)、第一换热器(5)、第一控温模块(7)、所述第一控温模块(7)的下游并联流量控制支路和比例控制支路；所述流量控制支路包括依次串接的第一电磁阀(9)和第一质量流量控制器(10)；所述比例控制支路包括依次串接第二电磁阀(11)和第一比例阀(12)；
所述第二气路包括依次串接的第二气罐(2)、第二减压阀(4)、第二换热器(6)、第二控温模块(8)；所述第二控温模块(8)的下游并联流量控制支路和比例控制支路；所述流量控制支路包括依次串接的第三电磁阀(13)和第二质量流量控制器(14)；所述比例控制支路包括依次串接第四电磁阀(15)和第二比例阀(16)；
所述第一气路和第二气路合并后依次串接缓冲罐(17)、压缩机(18)、第五电磁阀(19)、压力传感器23；
当第一气体为SF6，对应的第二气体为N2，或者第一气体为C4F7N，对应的第二气体为CO2；
充气时，先关闭两条流量控制支路，打开两条比例控制支路，通过检测管道中气体经过控温模块的温度变化，从而计算出气体流量，并根据流量反馈结果控制管路中比例阀的开度大小，从而较为精确的控制管路直充混合气体的混合比，并能够根据流量监测结果来计量气体气量；根据混合比检测结果，关闭比例控制支路，打开流量控制支路，流量控制支路中的MFC按照混合气体补气算法精准补偿混合气体混合比，保证最终充入气室的混合气体混合比符合要求。
2.根据权利要求1所述的具有流量控制的混合气体快速充气装置，其特征在于，还包括真空泵(26)，所述第一控温模块(7)、第二控温模块(8)的下游均通过第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)与真空泵(26)连通。
3.根据权利要求1或2所述的具有流量控制的混合气体快速充气装置，其特征在于，所述压缩机(18)上游与压力传感器(23)上游之间还依次串接有混合比例检测模块(20)、第三比例阀(21)、第六电磁阀(22)。
4.根据权利要求2所述的具有流量控制的混合气体快速充气装置，其特征在于，所述缓冲罐(17)上游还通过第九电磁阀(29)与所述真空泵(26)连通。
5.具有流量控制的混合气体快速充气方法，应用于权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动抽真空流程；
(2)打开两个气罐，调节第一减压阀(3)、第二减压阀(4)，使降压后的气体压力为0.6MPa，打开第二、第四和第五电磁阀，其余电磁阀关闭，进入管路直充流程；
两路气体分别流过第一换热器(5)和第二换热器(6)，将气罐中的SF6气体初步升温，之后两路气体分别进入第一控温模块(7)和第二温控模块(8)，并顺着两条所述比例控制支路通过缓冲罐(17)经压缩机(18)加压灌充至充气设备；
(3)流量计算：第一温控模块(7)中包括第一、第二、第三温度传感器，以及第一升温组件和第二升温组件；其中第一升温组件温度Tk1恒定为Tc+5℃，第二升温组件温度Tk2恒定为Tc+10℃,Tc为环境温度；第一、第二、第三温度传感器检测到的SF6气体温度分别为T1、T2、T3，由该组温度数据计算出气体流量大小，计算方法为：
由热量计算公式可知：
其中Q为气体流量，G为所产生的换热量，k为气体的比热容。因此，SF6和N2的流量计算公式分别为：
因此，在已知换热量的情况下，根据T1、T2、T3可分别获取两组温度差：
ΔTSF6,1＝T1-T2 (3)
ΔTSF6,2＝T2-T3 (4)
两组温度差可以计算出两个流量值QSF6,1和QSF6,2，将其求平均可以提高流量计算的准确度：
同理，计算出
(4)流量控制及计量：已知目标混合比为a％：b％(a％+b％＝1)，根据计算得出的两路流量和/>控制第一比例阀(12)或第二比例阀14的内孔径开度，从而实现流量调节，
气体气量计量：两条气路输出时间相同，均设为t1，则两路管路直充过程气体气量mSF6,1和mN2,1以及总气体气量m1为：
根据理想气体状态方程可得：
m1＝mSF6,1+mN2,1 (14)
式中，由于第一控温模块(7)、第二控温模块(8)靠近减压阀，PSF6和PN2均为0.6MPa；MSF6为SF6的相对分子质量，MN2为N2的相对分子质量，R为常数，TSF6和TN2为管道中气体的开氏温度，单位K；
(4)计算MFC补充混合气体的混合比：当压力传感器(23)监测到充气设备压力为设定压力时，关闭第二电磁阀(11)、第四电磁阀(15)，压缩机(18)继续工作1min将缓冲罐(17)中的气体尽可能抽出，保证缓冲罐内气体压力低于充气设备内压力；打开第六电磁阀(22)，充气设备中气体在压力差的作用下，经过第三比例阀(21)、混合比检测模块(20)流向缓冲罐(17)，记录充气设备混合比为CSF6,r:CN2,r，并根据下式计算后续需补充气体的混合比：
上式中，CSF6,s——需补充的混合气体的混合比；CSF6,r——充气设备中的混合气体的目标混合比；CSF6,t——补气前检测模块(20)测量的充气设备中的气体混合比数值；Pr——充气设备中混合气体的压力的额定值；Pt——补气前充气设备中混合气体的压力的测量值；将混气比为/>的混合气体充入充气设备至额定压力；当/>或时，说明通过单次补气无法将设备中的混气比调整到额定值，当/>时，控制端进行N2过充报警；当/>时，控制端进行SF6过充报警；
故待补充的混合气体混合比为CSF6,s：CN2,s，其中CN2,s＝1-CSF6,s。
(5)关闭第六电磁阀(22)，打开第一电磁阀(9)、第二电磁阀(11)和第五电磁阀(19)，设定SF6气体所在流量控制支路的第一质量流量控制器(10)流量QMFC,1为150L/min，并根据待补充混合气体混合比计算N2气体所在流量控制支路的第二质量流量控制器(14)流量QMFC,2为(QMFC,1×CN2,s)/CSF6,s L/min；当压力传感器(23)监测到充气设备压力为额定压力时停止充气，关闭所有电磁阀以及MFC，充气过程结束；
(6)计算充补气过程mSF6和mN2以及总气体气量m为：
MFC补气过程气体气量为：
故全过程充入的SF6、N2以及总气体气量为：
mSF6＝mSF6,1+mSF6,2 (18)
mN2＝mN2,1+mN2,2 (19)
m＝m1+m2 (20)
(7)若充入混合气体为C4F7N/CO2，则仍按照步骤(1)～(7)进行，C4F7N与SF6相同，CO2和N2相同。
6.根据权利要求5所述的具有流量控制的混合气体快速充气方法，其特征在于，所述步骤(1)的抽真空流程具体为：除第五电磁阀(19)、第六电磁阀(22)外打开所有电磁阀，整个管路抽真空至133Pa，静置30min读取真空值A，后静置5h读取真空值B，上升值(B-A)不应该超过67Pa，抽真空结束后关闭所有电磁阀和真空泵(26)。
7.根据权利要求5所述的具有流量控制的混合气体快速充气方法，其特征在于，所述步骤(4)中流量控制具体调节方法为：
若当前检测到的两路流量和/>满足：/>则表明QSF6过大，需要降低SF6气体流速，控制第一比例阀(12)调小内孔径开度，当/> 时停止调控并将第一比例阀(12)开度保持不变；
若则第一比例阀(12)、第二比例阀(16)开度保持不变；
若则表明QN2过大，需要降低N2气体流速，控制第二比例阀(16)调小内孔径开度，当/>时停止调控并将第二比例阀(16)开度保持不变。
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| CN118009222A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 常州优达电子科技有限公司 | 一种sf6-n2混合气体灌充装置 |
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