CN208418153U - 用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置 - Google Patents
用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，通过各待混合气体分别由一个进气通道充入混合缓冲罐，并通过设置在进气通道上的流量控制器控制该进气通道上的待混合气体的流量，以使各待混合气体按照混合比例灌充到混合缓冲罐中并在混合缓冲罐中混合，并从混合缓冲罐的出气口经由稳压装置灌充至高压电器设备，由于稳压装置通过控制出气口灌充至所述高压电器设备的混合气体的流量，使得混合缓冲罐混合腔内的压力恒定，保证了流量控制器前后压力差的相对恒定，从而使得流量控制器对于流量的控制更为精准，提高了高压电器设备中混合气体的灌充精度，使混合气体比例满足灌充要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力行业设备领域，尤其涉及一种用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体是迄今最理想的绝缘和灭弧介质，但是随着现代科学技术的发展和人们对环境问题的重视，SF6的温室效应得到越来越多的关注，尽量减少SF6的使用成为高压电器设备绝缘气体研究的方向。另外由于SF6气体的液化温度在常压下约为-62℃，当其充入高压电器设备时，气体压力为0.6MPa左右，在此压力下SF6液化温度约为-25℃。在我国北方，寒冷的冬季很可能使SF6发生液化，从而降低了绝缘强度，影响高压电器设备的正常工作，甚至造成危险事故。
基于以上两种原因，国内外开始寻找替代SF6气体的绝缘方案。目前，普遍认为，在找到替用品之前一个较好的办法是用混合气体代替纯SF6气体充当绝缘介质，以减少SF6气体的用量，同时降低绝缘气体的液化温度。经研究试验，混合气体可用SF6/N2或者SF6/CF4，其中SF6/N2具有工业应用前景。混合气体的应用，使得混气灌充装置在变电站高压开关设备的建设和维护中成为必须的设备。
现有技术中高压电器设备中混合气体的充气和补气，通过混气的比例计算每种气体的分压，确定充气压力的比例，然后先充入一种气体至该种气体的分压，然后再充另一种气体到最终压力。现有技术的充气方法通过流量控制器控制充气流量，由于高压电器设备中压力在充气过程中的变化导致流量控制器存在一定的控制误差，最终导致混合气体比例精度较差。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，以提高混合气体绝缘高压电器设备的灌充精度，使混合气体比例满足灌充要求。
本实用新型提供一种用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，包括：
混合缓冲罐，所述混合缓冲罐具有可供待混合气体混合的混合腔，所述混合腔至少具有两个进气口和一个出气口；
至少两个进气通道，所述进气通道与所述进气口连通，每一所述进气通道通入一种所述待混合气体，所述进气通道上设置有控制所述待混合气体流量的流量控制器；
稳压装置，设置于所述混合缓冲罐与高压电器设备之间，且与所述出气口连接，所述稳压装置用于控制所述出气口灌充至所述高压电器设备的混合气体的流量，以使所述混合腔内的压力恒定。
进一步的，所述稳压装置包括：
增压装置，与所述出气口连接，用于将所述出气口排出的混合气体经增压后灌充至所述高压电器设备中；
第一压力传感器，用于检测所述混合腔内的压力；
控制系统，与所述增压装置和所述第一压力传感器信号连接，用于从所述第一压力传感器信号获取所述混合腔内的压力，并根据所述混合腔内的压力向所述增压装置发送的混合气体流量控制信号，以使所述混合腔内的压力恒定。
进一步的，所述进气通道上还设置有：
恒温加热装置，与所述控制系统信号连接，所述恒温加热装置设置于所述流量控制器前，使所述待混合气体经所述恒温加热装置加热后进入所述流量控制器。
进一步的，所述进气通道上还设置有：
温度传感器，用于检测进入所述恒温加热装置的所述待混合气体的温度，并将所述待混合气体的温度发送给所述控制系统，以使所述控制系统根据所述待混合气体的温度向所述恒温加热装置发送加热控制信号。
进一步的，所述装置还包括：
第二压力传感器，与所述控制系统信号连接，用于检测所述高压电器设备中的压力，并将所述高压电器设备中的压力发送给所述控制系统。
进一步的，所述装置还包括：
第三压力传感器，与所述控制系统信号连接，用于检测进入所述进气通道的所述待混合气体的压力，并将所述待混合气体的压力发送给所述控制系统。
进一步的，所述恒温加热装置为气体加热过滤器。
进一步的，所述装置还包括：
至少两个气瓶，分别与一所述进气通道连通，每一所述气瓶盛装有一种所述待混合气体，用于向所述进气通道通入所述待混合气体。
本实用新型提供的用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，通过各待混合气体分别由一个进气通道充入混合缓冲罐，并通过设置在进气通道上的流量控制器控制该进气通道上的待混合气体的流量，以使各待混合气体按照混合比例灌充到混合缓冲罐中并在混合缓冲罐中混合，并从混合缓冲罐的出气口经由稳压装置灌充至高压电器设备，由于稳压装置通过控制出气口灌充至所述高压电器设备的混合气体的流量，使得混合缓冲罐混合腔内的压力恒定，保证了流量控制器前后压力差的相对恒定，从而使得流量控制器对于流量的控制更为精准，提高了高压电器设备中混合气体的灌充精度，使混合气体比例满足灌充要求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实用新型实施例提供的用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置的结构图。
附图标记：
100-用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置；
110-混合缓冲罐； 121-进气通道；
122-进气通道； 131-流量控制器；
132-流量控制器； 140-增压装置；
150-第一压力传感器； 160-第二压力传感器；
171-恒温加热装置； 172-恒温加热装置；
181-温度传感器； 182-温度传感器；
191-第三压力传感器； 192-第三压力传感器；
200-高压电器设备。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
现有技术中对高压电器设备中混合气体的充气和补气时，通常是将SF6/N2或者SF6/CF4混合气体中的一种气体组分通过流量控制器控制流量充入高压电器设备(如变电站高压开关设备)，使高压电器设备中压力从真空达到该气体组分的分压，然后再充入另一种气体组分到最终的目标压力，使两种气体组分直接在高压电器设备中混合。而由于流量控制器控制流量时，高压电器设备中的压力是不断升高的，流量控制器前后压力差不断变化。流量控制器的原理为依据前后压力差和测量流量的大小调节控制系统气阻，保持流量稳定，前后压力差变化，会造成控制系统不断调整气阻，也即不断的调整内部阀门的缝隙，流量也在不断调整中变化，造成流量的轻微波动，影响流量的精度，从而可能导致最终混合气体比例精度较差。
图1为本实用新型实施例提供的用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置的结构图。如图1所示，本实施例针对上述问题，提供了一种用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置100，该装置100包括：混合缓冲罐110、至少两个进气通道121和122、流量控制器以及稳压装置。
其中，混合缓冲罐110，所述混合缓冲罐110具有可供待混合气体混合的混合腔，所述混合腔至少具有两个进气口和一个出气口；
至少两个进气通道121和122，所述进气通道121和122与所述进气口连通，每一所述进气通道通入一种所述待混合气体，所述进气通道121和122上分别设置有控制所述待混合气体流量的流量控制器131、132；
稳压装置，设置于所述混合缓冲罐110与高压电器设备200之间，且与所述出气口连接，所述稳压装置用于控制所述出气口灌充至所述高压电器设备200的混合气体的流量，以使所述混合腔内的压力恒定。
在本实施例中，将各待混合气体分别通过一个进气通道由进气口充入混合缓冲罐110，例如图1中所示，待混合气体1通过进气通道121充入混合缓冲罐110，待混合气体2通过进气通道122充入混合缓冲罐110，同时分别通过设置在进气通道121、122上的流量控制器131、132控制该进气通道121、122上的待混合气体的流量，以使各待混合气体按照混合比例灌充到混合缓冲罐110中并在混合缓冲罐110中混合，并从混合缓冲罐110的出气口经由稳压装置灌充至高压电器设备200，由于稳压装置通过控制出气口灌充至所述高压电器设备200的混合气体的流量，使得混合缓冲罐110混合腔内的压力恒定，因此流量控制器131、132前后压力差较为恒定，从而使得流量控制器131、132对于流量的控制更为精准，进而保证了混合气体比例的精度。
在本实施例中，进气通道可以设置有两个，对于SF6/N2混合气体，一个进气通道通入SF6气体，另一个进气通道通入N2气体，而对于SF6/CF4混合气体，则一个进气通道通入SF6气体，另一个进气通道通入CF4气体。当然，若混合气体存在两种以上的气体组分，则可设置更多的进气通道。本实施例中，待混合气体可以由气瓶提供。也即本实施例的装置还包括至少两个气瓶，分别与一进气通道连通，每一气瓶盛装有一种待混合气体，用于向进气通道通入待混合气体。
在本实施例中，流量控制器131、132按如下算式控制流量：
假设设置本实施例的装置输入到高压电器设备200中灌充流量为F，混合气体中气体组分1占比为X，则：
流量控制器131的流量为：F1＝F*X；
流量控制器132的流量为：F2＝F-F1。
本实施例的所述稳压装置具体可包括：增压装置140、第一压力传感器150以及控制系统(图中未示出)。
其中增压装置140与所述出气口连接，用于将所述出气口排出的混合气体经增压后灌充至所述高压电器设备200中；第一压力传感器150用于检测所述混合腔内的压力；控制系统与所述增压装置140和所述第一压力传感器150信号连接，用于从所述第一压力传感器150信号获取所述混合腔内的压力，并根据所述混合腔内的压力向所述增压装置140发送的混合气体流量控制信号，以使所述混合腔内的压力恒定。
本实施例中通过第一压力传感器150检测混合腔内的压力，并发送给控制系统；控制系统根据混合腔内的压力生成混合气体流量控制信号，并发送给增压装置140；增压装置140根据混合气体流量控制信号控制由增压装置140灌充至高压电器设备200的混合气体的流量，并对混合气体增压后灌充至高压电器设备200中，使得混合腔内的压力恒定。
为避免杂质气体的混入，混合缓冲罐110和高压电器设备200初始均为真空状态；当待混合气体进入混合缓冲罐110后经混合后，被高压电器设备200吸入，此时不需要启动增压设备的增压功能。当混合缓冲罐110混合腔内的压力接近一个大气压后，缓慢启动增压装置140的增压功能；当混合腔内的压力高于一个大气压时，提高增压装置140的气体排量；当压力低于一个大气压时，降低增压装置140的气体排量，达到混气缓冲罐的压力恒定在一个大气压，增压装置140的输出排量为设定的灌充流量。
更具体的，本实施例的控制系统包括变频器以及数字程序控制器，增压装置140由变频器实现无级变速控制，数字程序控制器采用PID算法或模糊控制算法实现对增压装置140的控制，从而实现混合缓冲罐110的恒压，进而保证待混合气体的恒流输入。
需要说明的是，稳压装置也可以为稳压阀或者其他现有技术中能够实现稳压作用的装置，此处不再赘述。
本实施例提供的用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，通过各待混合气体分别由一个进气通道充入混合缓冲罐，并通过设置在进气通道上的流量控制器控制该进气通道上的待混合气体的流量，以使各待混合气体按照混合比例灌充到混合缓冲罐中并在混合缓冲罐中混合，并从混合缓冲罐的出气口经由稳压装置灌充至高压电器设备，由于稳压装置通过控制出气口灌充至所述高压电器设备的混合气体的流量，使得混合缓冲罐混合腔内的压力恒定，保证了流量控制器前后压力差的相对恒定，从而使得流量控制器对于流量的控制更为精准，提高了高压电器设备中混合气体的灌充精度，使混合气体比例满足灌充要求。
在上述实施例的基础上，所述进气通道121和122上还可分别设置有：恒温加热装置171和172，与所述控制系统信号连接，所述恒温加热装置171和172分别设置于所述流量控制器131和132前，使所述待混合气体分别经所述恒温加热装置171、172加热后进入所述流量控制器131、132。
在本实施例中，考虑到待混合气体通常由气瓶等将液化气体减压释放转化为气态后提供，由于液态转化为气体而吸收大量的热量，致使环境温度降低，当环境提供的热量不足时，也即温度低于一定值时，尤其对寒冷的温度环境，将使液态无法转化为气态，使得液态气体通过进气通道进入流量控制器，导致流量控制器损坏。因此本实施例中在流量控制器131、132前分别增设恒温加热装置171、172，保证液体气化过程中能够提供足够的热量；此外也考虑到气体的体积与温度有密切关系，当各待混合气体间的温度不同时，其各自体积均有不同的变化，此时通过以预定的流量充入混合缓冲罐110则会产生一定的误差，因此也需要保证各待混合气体通过流量控制器的温度一致，从而能够减小温度产生的混合气体比例误差。恒温加热装置171、172分别与控制系统信号连接，可以由控制系统信号控制其开启和关闭，以及控制恒温加热温度。具体的，恒温加热装置可包括加热器，当然也可包括冷却器，可以对温度高于预设温度的气体进行降温，以使待混合器温度保持恒定。当然，恒温加热装置也可仅设置一个，对各进气通道内的待混合气体同时加热。
进一步的，所述进气通道121、122上分别还设置有：温度传感器181、182，分别用于检测进入所述恒温加热装置171、172的所述待混合气体的温度，并将所述待混合气体的温度发送给所述控制系统，以使所述控制系统根据所述待混合气体的温度向所述恒温加热装置171、172发送加热控制信号。
本实施例中，通过温度传感器181、182检测每一待混合气体的温度，并发送给控制系统，控制系统判断每一待混合气体的温度是否达到预设温度值(例如20℃)，若未达到，则生成加热控制信号，并发送给恒温加热装置171、172，以使恒温加热装置171、172根据加热控制信号对待混合气体进行加热。
本实施例中控制系统通过采集温度传感器181、182的检测数据，并控制恒温加热装置171、172对低于预设温度值的待混合气体进行加热，既保证了进气温度的一致性，使流量控制更精确，又可以防止在低温环境下液化气体无法气化，导致流量控制器损坏，保证了设备的正常工作，使本实施例的装置的使用环境适应性更强。
在一具体示例中，所述恒温加热装置171、172为气体加热过滤器。
本实施例中，恒温加热装置171、172采用气体加热过滤器，在加热的同时对气体中的水分进行吸附，避免水分进入到高压电器设备200中，造成高压电器设备200中混合气体绝缘效果的失效。
进一步的，所述装置还可包括：第二压力传感器160，与所述控制系统信号连接，用于检测所述高压电器设备200中的压力，并将所述高压电器设备200中的压力发送给所述控制系统。
在本实施例中，第二压力传感器160用于检测高压电器设备200中的压力，并将高压电器设备200中的压力发送给控制系统，控制系统判断高压电器设备200中的压力是否达到预设的目标压力，若达到预设的目标压力则控制灌充的停止，若未达到预设的目标压力则控制灌充的启动。
此外，本实施例提供的装置还可用于高压电器设备200中混合气体的补气，也即已充有混合气体的高压电器设备200在使用过程中混合气体压力不足时，可再次向高压电器设备200中充气，以使高压电器设备200中混合气体维持在目标压力。当然此时高压电器设备200中混合气体比例可能已不同于原始浓度。因此在补气前还需获取高压电器设备200中当前压力和混合气体比例，控制系统根据当前压力和混合气体比例以及目标压力和混合气体比例，自动设置灌充参数，从而满足补充混合气体的要求。
进一步的，所述装置还可包括：第三压力传感器191、192，与所述控制系统信号连接，分别用于检测进入所述进气通道121、122的所述待混合气体的压力，并将所述待混合气体的压力发送给所述控制系统。
第三压力传感器191、192检测进入进气通道121、122的待混合气体的压力，当待混合气体不足时，其压力会下降，而流量控制器131、132需要保持一定的前后压力差，例如前后压力差需要大于0.1MPa，所以可以设置压力报警值，由第三压力传感器191、192分别检测进入进气通道121、122的待混合气体的压力，并发送给控制系统，控制系统判断待混合气体的压力是否低于压力报警值，当低于压力报警值，暂停混气灌充工作，并提示操作人员及时补充气体，以保证待混合气体的连续充入，避免输入的待混合气体气压不足造成流量控制器131、132误差增大。对于由气瓶提供待混合气体的情况也可将第三压力传感器191、192设置于气瓶之上，检测气瓶内待混合气体的余量。
此外，在上述实施例中，还可通过实时采集各压力传感器和温度传感器的检测数据，监控本实施例的装置各个部分的工作状态，当出现异常及时暂停灌充工作的运行并在显示界面提示，直到异常排除。多传感器的应用保障了灌充工作的安全、可靠。
本实施例提供的用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，通过各待混合气体分别由一个进气通道充入混合缓冲罐，并通过设置在进气通道上的流量控制器控制该进气通道上的待混合气体的流量，以使各待混合气体按照混合比例灌充到混合缓冲罐中并在混合缓冲罐中混合，并从混合缓冲罐的出气口经由稳压装置灌充至高压电器设备，由于稳压装置通过控制出气口灌充至所述高压电器设备的混合气体的流量，使得混合缓冲罐混合腔内的压力恒定，保证了流量控制器前后压力差的相对恒定，从而使得流量控制器对于流量的控制更为精准，提高了高压电器设备中混合气体的灌充精度，使混合气体比例满足灌充要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种用于混合气体绝缘高压电器设备的自适应灌充装置，其特征在于，包括：
混合缓冲罐，所述混合缓冲罐具有可供待混合气体混合的混合腔，所述混合腔至少具有两个进气口和一个出气口；
至少两个进气通道，所述进气通道与所述进气口连通，每一所述进气通道通入一种所述待混合气体，所述进气通道上设置有控制所述待混合气体流量的流量控制器；
稳压装置，设置于所述混合缓冲罐与高压电器设备之间，且与所述出气口连接，所述稳压装置用于控制所述出气口灌充至所述高压电器设备的混合气体的流量，以使所述混合腔内的压力恒定。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稳压装置包括：
增压装置，与所述出气口连接，用于将所述出气口排出的混合气体经增压后灌充至所述高压电器设备中；
第一压力传感器，用于检测所述混合腔内的压力；
控制系统，与所述增压装置和所述第一压力传感器信号连接，用于从所述第一压力传感器信号获取所述混合腔内的压力，并根据所述混合腔内的压力向所述增压装置发送的混合气体流量控制信号，以使所述混合腔内的压力恒定。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述进气通道上还设置有：
恒温加热装置，与所述控制系统信号连接，所述恒温加热装置设置于所述流量控制器前，使所述待混合气体经所述恒温加热装置加热后进入所述流量控制器。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述进气通道上还设置有：
温度传感器，用于检测进入所述恒温加热装置的所述待混合气体的温度，并将所述待混合气体的温度发送给所述控制系统，以使所述控制系统根据所述待混合气体的温度向所述恒温加热装置发送加热控制信号。
5.根据权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
第二压力传感器，与所述控制系统信号连接，用于检测所述高压电器设备中的压力，并将所述高压电器设备中的压力发送给所述控制系统。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
第三压力传感器，与所述控制系统信号连接，用于检测进入所述进气通道的所述待混合气体的压力，并将所述待混合气体的压力发送给所述控制系统。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述恒温加热装置为气体加热过滤器。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
至少两个气瓶，分别与一所述进气通道连通，每一所述气瓶盛装有一种所述待混合气体，用于向所述进气通道通入所述待混合气体。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待混合气体分别为SF6气体和N2气体。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待混合气体分别为SF6气体和CF4气体。
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