CN117419272A - Sf6气体回收核算方法 - Google Patents

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CN117419272A CN202311444251.4A CN202311444251A CN117419272A CN 117419272 A CN117419272 A CN 117419272A CN 202311444251 A CN202311444251 A CN 202311444251A CN 117419272 A CN117419272 A CN 117419272A
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Abstract

一种SF6气体回收核算方法，该方法通过SF6气体回收核算装置实现，利用温度传感器、压力传感器推算设备内的气体密度数值，结合装置内置的定量容积瓶，快速定量获取回收气室的容积，并通过定量容积瓶内气体的减少速率测算气体量回收速率，再通过设备容积及气体密度、已回收气体量计算获得气体总量、回收率。并且引用动态压力补偿技术对气室内气体由动态转变为静态的测量，对实时回收率及显示压力进行修正。

Description

SF6气体回收核算方法
技术领域：
本发明涉及SF6气体回收技术领域，特别涉及一种SF6气体回收核算方法。
背景技术：
SF6气体因其具有一般电解质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力，因此广泛应用于各SF6电气设备。但SF6气体价格昂贵，且在电弧、电火花和电晕放电的作用下会分解产生有毒成分，因此充气设备退运行时一般通过专业的回收设备进行回收，但是回收设备不可能将所有气体全部回收，过程中必然存在一定损耗。因此，不能够直接将回收前充气设备内的气体气量作为回收量回收。
发明内容：
有鉴于此，有必要提供一种SF6气体回收核算方法。
一种SF6气体回收核算方法，该方法通过SF6气体回收核算装置实现，SF6气体回收核算装置包括回收管路、定量容积瓶、SF6纯气瓶、瓶内温度传感器、瓶内压力传感器、气室温度传感器和气室压力传感器；
该方法包括如下步骤：
S0、将SF6纯气瓶连接在回收管路的进气接口处，通过密度公式计算出定量容积瓶的容积V瓶；
S1、拆下SF6纯气瓶，并将回收管路的进气接口与充气设备连接，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在回收前的温度TG0和初始压力PG0，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在回收前的SF6气体密度ρG0；
S2、在回收过程中，瓶内温度传感器和瓶内压力传感器对定量容积瓶在定量时的温度Tp和压力Pp进行测量，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶的SF6气体定量密度ρp；
S3、将每一次的SF6气体定量密度ρp累加获得ρ，并通过密度公式计算出定量容积瓶累计测量的气体量，该气体量等同于气室减少的气体量Δm；
S4、在回收过程中，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在定量容积瓶定量前后的温度TG1、TG2和压力PG1、PG2，对压力PG1、PG2进行动态压力补偿后，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2，并通过密度公式计算出气室的容积V室和气室在回收前的气体总量m室；
S5、回收过程中，气室温度传感器和气室压力传感器实时监测气室的实时温度TGi和实时压力PGi，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室的SF6气体实时密度ρGi，通过气室的SF6实时密度ρGi和在回收前的SF6气体密度ρG0计算获得回收过程中的实时气体回收率；
S6、回收结束后，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在回收后的温度TG3和初始压力PG3，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在回收后的SF6气体密度ρG3，进而计算获得当前气室的实际气体量、已回收气体量及最终气体回收率。
优选的，在步骤S0中，计算出定量容积瓶的容积的方法具体如下：
S01、在测量开始前，用精密电子秤测量SF6纯气瓶的重量m0，并将SF6纯气瓶连接在回收管路的进气接口处；
S02、打开第一电动调节阀和电磁阀，根据瓶内温度传感器和瓶内压力传感器分别测得定量容积瓶的初始温度T0和初始压力P0，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶充气前SF6气体密度ρ0；
S03、打开SF6纯气瓶阀门，将定量容积瓶充气至一定压力后关闭阀门，根据瓶内温度传感器和瓶内压力传感器分别测得定量容积瓶的最终温度T1和最终压力P1，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶充气后的SF6气体密度ρ1；
S04、卸下SF6纯气瓶，并测量SF6纯气瓶充完气后的重量m1；
S05、将SF6纯气瓶充气前后的重量m0、m1及定量容积瓶充气前后的密度ρ0、ρ1代入公式m0-m1＝(ρ1-ρ0)×V获得定量容积瓶的容积值V。
优选的，重复步骤S01～S05多次，将每次获得的定量容积瓶的容积值V相加取平均值后获得最终定量容积瓶的容积V瓶。
优选的，Beattie-Bridgman气体状态方程的公式如下：
P＝(RTB-A)ρ2+RTρ
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7ρ
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6ρ
R＝56.9502×10-5
其中，T为温度传感器测得的气体温度，P为压力传感器测得的压力，ρ为SF6气体密度。
优选的，回收管路包括气管以及依次安装在气管的第一电动调节阀、电磁阀和第二电动调节阀，定量容积瓶设置在电磁阀与第二电动调节阀之间，第一电动调节阀用于调节定量容积瓶到气管进气接口之间的回收管路的气体流速，第二电动调节阀用于调节定量容积瓶到气管出气接口之间回收管路的气体流速。
优选的，还包括控制装置，第一电动调节阀、电磁阀、第二电动调节阀、瓶内温度传感器、瓶内压力传感器、气室温度传感器、气室压力传感器均与控制装置电连接。
优选的，在步骤S4中，动态压力补偿的方法具体如下：
S41、控制装置控制第一电动调节阀开度，并通过气室压力传感器分别测量开阀状态下的动态压力值、关阀状态下的静态压力值；
S42、重复步骤S41多次，以获得多组动态压力值和静态压力值数据，将数据拟合成动态压力曲线，推算出压力变化规律；
S43、气室压力传感器测得气室在定量容积瓶定量前后的压力PG1、PG2，压力PG1、PG2根据压力变化规律进行修正，得到修正后的压力PG11、PG21；
S44、修正后的压力PG11、PG21通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2。
优选的，在步骤S4中，将气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2以及回收过程中气室内减少的气体量Δm代入以下公式以获得气室的容积V室：
将气室在回收前的SF6气体密度ρG0以及气室的容积V室代入以下公式以获得气室在回收前的气体总量m室：
m室＝ρG0×V室。
优选的，在步骤S5中，将回收过程中的气室实时密度ρGi及气室在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式以获得回收过程中的实时气体回收率：
优选的，在步骤S6中，将气室在回收后的SF6气体密度ρG3以及气室的容积V室代入以下公式以获得当前气室的实际气体量m实际：
m实际＝ρG3×V室；
将气室在回收前的气体总量m室和当前气室的实际气体量m实际代入以下公式以获得气室的已回收气体量m回收：
m回收＝气体总量m室-实际气体量m实际；
将气室在回收后的SF6气体密度ρG3以及气室在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式以获得气体回收率：
上述SF6气体回收核算方法中，采用Beattie-Bridgman气体状态方程计算回收前后气室气体密度，通过定量容积瓶与气室容积比例快速定量推算气室容积，并通过定量容积瓶内气体的减少速率测算气体量回收速率，再通过设备容积及气体密度、已回收气体量计算获得气体总量、回收率。在核算过程中，由于动态流体的压力损耗，压力传感器所测的压力数值会低于稳定状态时的容器实际压力值，利用动态压力补偿技术对气室内气体由动态转变为静态的测量，对回收率及显示压力进行修正。
附图说明：
附图1是动态压力补偿拟合曲线示意图。
附图2是SF6气体回收核算装置的结构示意图。
图中：定量容积瓶1、SF6纯气瓶2、瓶内温度传感器3、瓶内压力传感器4、气室温度传感器5、气室压力传感器6、第一电动调节阀7、电磁阀8和第二电动调节阀9。
具体实施方式：
一种SF6气体回收核算方法，包括如下步骤：
S0、将SF6纯气瓶连接在回收管路的进气接口处，通过密度公式计算出定量容积瓶的容积V瓶；
S1、拆下SF6纯气瓶，并将回收管路的进气接口与充气设备连接，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在回收前的温度TG0和初始压力PG0，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在回收前的SF6气体密度ρG0；
S2、在回收过程中，瓶内温度传感器和瓶内压力传感器对定量容积瓶在定量时的温度Tp和压力Pp进行测量，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶的SF6气体定量密度ρp；
S3、将每一次的SF6气体定量密度ρp累加获得ρ，并通过密度公式计算出定量容积瓶累计测量的气体量，该气体量等同于气室减少的气体量Δm；
S4、在回收过程中，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在定量容积瓶定量前后的温度TG1、TG2和压力PG1、PG2，对压力PG1、PG2进行动态压力补偿后，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2；
将气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2以及回收过程中气室内减少的气体量Δm代入以下公式以获得气室的容积V室：
将气室在回收前的SF6气体密度ρG0以及气室的容积V室代入以下公式以获得气室在回收前的气体总量m室：
m室＝ρG0×V室。
在步骤S5中，将回收过程中的气室实时密度ρGi及气室在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式以获得回收过程中的实时气体回收率；
S5、回收过程中，气室温度传感器和气室压力传感器实时监测气室的实时温度TGi和实时压力PGi，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室的SF6气体实时密度ρGi，通过气室的SF6实时密度ρGi和在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式获得回收过程中的实时气体回收率：
S6、回收结束后，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在回收后的温度TG3和初始压力PG3，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在回收后的SF6气体密度ρG3；
将气室在回收后的SF6气体密度ρG3以及气室的容积V室代入以下公式以获得当前气室的实际气体量m实际：
m实际＝ρG3×V室；
将气室在回收前的气体总量m室和当前气室的实际气体量m实际代入以下公式以获得气室的已回收气体量m回收：
m回收＝气体总量m室-实际气体量m实际；
将气室在回收后的SF6气体密度ρG3以及气室在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式以获得气体回收率：
在SF6气体回收核算方法，Beattie-Bridgman气体状态方程的公式如下：
P＝(RTB-A)ρ2+RTρ
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7ρ
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6ρ
R＝56.9502×10-5
其中，T为气室温度传感器或者瓶内温度传感器测得的气体温度，P为气室压力传感器或者瓶内压力传感器测得的压力，ρ为SF6气体密度。
密度公式为ρ＝m/V，其中，ρ为SF6气体密度，m为SF6气体气量，V在本方法中一般为气室容积或者定量容积瓶的容积。
上述两个公式在本方法用应用较多，由于其原理相同，其数值表达的意思根据实际情况再作详细阐述，在此不再赘述。
由于定量容积瓶作为一个定量计量器件，其容积准确性决定整个装置对回收气室容积测算的准确性，基于对容积罐的准确定量来实现回收气室容积的准确测量。
在步骤S0中，计算出定量容积瓶的容积的方法具体如下：
S01、在测量开始前，用精密电子秤测量SF6纯气瓶的重量m0，并将SF6纯气瓶连接在回收管路的进气接口处；
S02、打开第一电动调节阀和电磁阀，根据瓶内温度传感器和瓶内压力传感器分别测得定量容积瓶的初始温度T0和初始压力P0，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶充气前SF6气体密度ρ0；
S03、打开SF6纯气瓶阀门，将定量容积瓶充气至一定压力后关闭阀门，根据瓶内温度传感器和瓶内压力传感器分别测得定量容积瓶的最终温度T1和最终压力P1，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶充气后的SF6气体密度ρ1；
S04、卸下SF6纯气瓶，并测量SF6纯气瓶充完气后的重量m1；
S05、将SF6纯气瓶充气前后的重量m0、m1及定量容积瓶充气前后的密度ρ0、ρ1代入公式m0-m1＝(ρ1-ρ0)×V获得定量容积瓶的容积值V。
S06、重复步骤S01～S05六次，获得六组数据如表1所示，将六组定量容积瓶的容积值V相加取平均值后获得最终定量容积瓶的容积V瓶V瓶为2.11L。
表1：定量容积测量技术试验数据表
回收管路内SF6气体实时流动时，由于动态流体的压力损耗，气室压力传感器所测的压力数值会低于稳定状态时的实际压力值，故实时回收率数据在关阀前后，随着流量的变化会有较大跳动。
故通过压力传感器对气室内气体由动态转变为静态的测量，拟合为动态压力曲线，对实时回收率及显示压力进行修正。
在步骤S4中，动态压力补偿的方法具体如下：
S41、控制装置控制第一电动调节阀开度，并通过气室压力传感器分别测量开阀状态下的动态压力值、关阀状态下的静态压力值；
S42、重复步骤S41五次，以获得五组动态压力值和静态压力值数据，将数据拟合成动态压力曲线，推算出压力变化规律；
S43、气室压力传感器测得气室在定量容积瓶定量前后的压力PG1、PG2，压力PG1、PG2根据压力变化规律进行修正，得到修正后的压力PG11、PG21；
S44、修正后的压力PG11、PG21通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2。
在步骤S42中，动态压力补偿的试验数据如下表2所示。
经试验数据可以看出，关阀后压力的变化具备一定的关系，故通过关阀前后静态的压力关系即可推算出压力变化规律。根据表3-2数据进行多项式拟合，拟合曲线如图1所示。
拟合曲线如下：
y＝0.23998x2+0.9797x+0.003
其中，y为静态压力，单位MPa；x为关阀时的动态压力，单位Mpa。
在后续根据采集到动态压力通过计算得倒补偿后静态压力。
SF6气体回收核算方法通过SF6气体回收核算装置实现，如图2所示，SF6气体回收核算装置包括回收管路、定量容积瓶1、SF6纯气瓶2、瓶内温度传感器3、瓶内压力传感器4、气室温度传感器5、气室压力传感器6和控制装置(图未示)，回收管路包括气管(图未标)以及依次安装在气管的第一电动调节阀7、电磁阀8和第二电动调节阀9，定量容积瓶1设置在电磁阀8与第二电动调节阀9之间。回收管路的进气接口替换连接SF6纯气瓶2、充气设备；当然也可以将回收管路进行分路，当需要测量定量容积瓶1的容积时，充气设备通过自带阀门断绝通路，同样当需要回收核算时，SF6纯气瓶2的阀门关紧以断绝通路。
第一电动调节阀7、电磁阀8、第二电动调节阀9、瓶内温度传感器3、瓶内压力传感器4、气室温度传感器5、气室压力传感器6均与控制装置电连接；第一电动调节阀7用于调节定量容积瓶1到气管进气接口之间的回收管路的气体流速，第二电动调节阀9用于调节定量容积1瓶到气管出气接口之间回收管路的气体流速。

Claims (10)

1.一种SF6气体回收核算方法，该方法通过SF6气体回收核算装置实现，其特征在于：SF6气体回收核算装置包括回收管路、定量容积瓶、SF6纯气瓶、瓶内温度传感器、瓶内压力传感器、气室温度传感器和气室压力传感器；
该方法包括如下步骤：
S0、将SF6纯气瓶连接在回收管路的进气接口处，通过密度公式计算出定量容积瓶的容积V瓶；
S1、拆下SF6纯气瓶，并将回收管路的进气接口与充气设备连接，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在回收前的温度TG0和初始压力PG0，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在回收前的SF6气体密度ρG0；
S2、在回收过程中，瓶内温度传感器和瓶内压力传感器对定量容积瓶在定量时的温度Tp和压力Pp进行测量，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶的SF6气体定量密度ρp；
S3、将每一次的SF6气体定量密度ρp累加获得ρ，并通过密度公式计算出定量容积瓶累计测量的气体量，该气体量等同于气室减少的气体量Δm；
S4、在回收过程中，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在定量容积瓶定量前后的温度TG1、TG2和压力PG1、PG2，对压力PG1、PG2进行动态压力补偿后，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2，并通过密度公式计算出气室的容积V室和气室在回收前的气体总量m室；
S5、回收过程中，气室温度传感器和气室压力传感器实时监测气室的实时温度TGi和实时压力PGi，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室的SF6气体实时密度ρGi，通过气室的SF6实时密度ρGi和在回收前的SF6气体密度ρG0计算获得回收过程中的实时气体回收率；
S6、回收结束后，根据气室温度传感器和气室压力传感器分别测得气室在回收后的温度TG3和初始压力PG3，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在回收后的SF6气体密度ρG3，进而计算获得当前气室的实际气体量、已回收气体量及最终气体回收率。
2.如权利要求1所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于，在步骤S0中，计算出定量容积瓶的容积的方法具体如下：
S01、在测量开始前，用精密电子秤测量SF6纯气瓶的重量m0，并将SF6纯气瓶连接在回收管路的进气接口处；
S02、打开第一电动调节阀和电磁阀，根据瓶内温度传感器和瓶内压力传感器分别测得定量容积瓶的初始温度T0和初始压力P0，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶充气前SF6气体密度ρ0；
S03、打开SF6纯气瓶阀门，将定量容积瓶充气至一定压力后关闭阀门，根据瓶内温度传感器和瓶内压力传感器分别测得定量容积瓶的最终温度T1和最终压力P1，并通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出定量容积瓶充气后的SF6气体密度ρ1；
S04、卸下SF6纯气瓶，并测量SF6纯气瓶充完气后的重量m1；
S05、将SF6纯气瓶充气前后的重量m0、m1及定量容积瓶充气前后的密度ρ0、ρ1代入公式m0-m1＝(ρ1-ρ0)×V获得定量容积瓶的容积值V。
3.如权利要求2所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于：重复步骤S01～S05多次，将每次获得的定量容积瓶的容积值V相加取平均值后获得最终定量容积瓶的容积V瓶。
4.如权利要求1或2所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于：Beattie-Bridgman气体状态方程的公式如下：
P＝(RTB-A)ρ2+RTρ
A＝73.882×10-5-5.132105×10-7ρ
B＝2.50695×10-3-2.12283×10-6ρ
R＝56.9502×10-5
其中，T为温度传感器测得的气体温度，P为压力传感器测得的压力，ρ为SF6气体密度。
5.如权利要求1所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于：回收管路包括气管以及依次安装在气管的第一电动调节阀、电磁阀和第二电动调节阀，定量容积瓶设置在电磁阀与第二电动调节阀之间，第一电动调节阀用于调节定量容积瓶到气管进气接口之间的回收管路的气体流速，第二电动调节阀用于调节定量容积瓶到气管出气接口之间回收管路的气体流速。
6.如权利要求5所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于：还包括控制装置，第一电动调节阀、电磁阀、第二电动调节阀、瓶内温度传感器、瓶内压力传感器、气室温度传感器、气室压力传感器均与控制装置电连接。
7.如权利要求1或6所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于，在步骤S4中，动态压力补偿的方法具体如下：
S41、控制装置控制第一电动调节阀开度，并通过气室压力传感器分别测量开阀状态下的动态压力值、关阀状态下的静态压力值；
S42、重复步骤S41多次，以获得多组动态压力值和静态压力值数据，将数据拟合成动态压力曲线，推算出压力变化规律；
S43、气室压力传感器测得气室在定量容积瓶定量前后的压力PG1、PG2，压力PG1、PG2根据压力变化规律进行修正，得到修正后的压力PG11、PG21；
S44、修正后的压力PG11、PG21通过Beattie-Bridgman气体状态方程计算出气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2。
8.如权利要求1所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于，在步骤S4中，将气室在定量前后的SF6气体密度ρG1、ρG2以及回收过程中气室内减少的气体量Δm代入以下公式以获得气室的容积V室：
将气室在回收前的SF6气体密度ρG0以及气室的容积V室代入以下公式以获得气室在回收前的气体总量m室：
m室＝ρG0×V室。
9.如权利要求1所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于，在步骤S5中，将回收过程中的气室实时密度ρGi及气室在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式以获得回收过程中的实时气体回收率：
10.如权利要求1所述的SF6气体回收核算方法，其特征在于，在步骤S6中，将气室在回收后的SF6气体密度ρG3以及气室的容积V室代入以下公式以获得当前气室的实际气体量m实际：
m实际＝ρG3×V室；
将气室在回收前的气体总量m室和当前气室的实际气体量m实际代入以下公式以获得气室的已回收气体量m回收：
m回收＝气体总量m室-实际气体量m实际；
将气室在回收后的SF6气体密度ρG3以及气室在回收前的SF6气体密度ρG0代入以下公式以获得气体回收率：
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