CN215177932U - 一种sf6气室气体高精度分流回收测量装置 - Google Patents

Abstract

一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，属于SF₆测量设备技术领域，解决现有技术采用单个大量程流量计，在气室气压下降、气体流量变小时，测量误差大、精度低的问题；装置采用一大一小量程的第一流量计和第二流量计形成三条气路，第一气路、第二气路、第三气路；根据气室内气体的压力变化，切换不同的气路进行气体回收，使得对气室放出的气体各级流量均能进行精确测量；本装置一大一小量程的第一流量计和第二流量计相对于直接在第一气路上安装流量计来说，流量计量程的需求成倍降低，大大节约了装置的成本，缩小整个装置的体积及重量，减小携带的负担，且由于小量程的流量计测试的精度更高，从而提高了装置的测试精度。

Description

一种SF6气室气体高精度分流回收测量装置

技术领域

本实用新型属于SF₆测量设备技术领域，涉及一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置。

背景技术

六氟化硫(SF₆)气体因优良的绝缘和灭弧性能，已广泛应用于高、中压电气设备中。据统计，全球每年六氟化硫气体产量在2万吨左右，约80％应用于电力行业。随着交/直特高压工程大量开建、投运，SF₆气体的用量越来越大。但SF₆气体温室效应是CO₂的23900多倍，在空气中能够存在3200多年，是京都协议书禁止排放的六种气体之一。

电力行业六氟化硫电气设备数量巨大，大部分在运行设备铭牌未标注气体用量和设备容积(设备内含多种复杂结构，难以通过外形估算)，SF₆气体放气量未知；部分新投运设备铭牌标注的SF₆气体放气量不准确，且实际运行压力普遍高于额定压力值，因此，电气设备六氟化硫用气量的准确数据难以掌握，设备检修、退役时气体回收率无法管控，回收率不达标情况时有发生。

目前现有的气体计量装置常用称重法测量充入已被抽真空气室中的SF₆气体，通过称重装置的测量值确定充入SF₆气体的总量，即为当前气室中的SF₆气体量，但该气体计量装置仅可测量充入SF₆气体的量，无法确定当前气室中的SF₆气体总量，也无法确定回收时的气体回收率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于如何设计一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，解决现有技术采用单个大量程流量计，在气室气压下降、气体流量变小时，测量误差大、精度低的问题。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，包括：进气口(1)、第三阀门(7)、出气口(10)，第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)；第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联设置；进气口(1)通过管道密封连接在第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输入端，出气口(10)通过管道密封连接在第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输出端；第三阀门(7)通过管道密封连接在第二气路(C2)与第三气路(C3)之间。第一气路(C1)包括：第一阀门(4)，第一阀门(4)的输入端通过管道与进气口(1)密封连接，第一阀门(4)的输出端通过管道与出气口(10)密封连接。第二气路(C2)包括：第二阀门(5)、第一流量计(6)；第二阀门(5)、第一流量计(6)依次通过管道首尾密封串接，第二阀门(5)的输入端通过管道与进气口(1)密封连接，第一流量计(6)的输出端通过管道与出气口(10)密封连接。第三气路(C3)包括：第二流量计(8)、第四阀门(9)；第二流量计(8)、第四阀门(9)依次通过管道首尾密封串接，第二流量计(8)的输入端通过管道与进气口(1)密封连接，第四阀门(9)的输出端通过管道与出气口(10)密封连接。

装置采用一大一小量程的第一流量计(6)和第二流量计(8)形成三条气路，第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)；根据气室内气体的压力变化，切换不同的气路进行气体回收，使得对气室放出的气体各级流量均能进行精确测量。本装置一大一小量程的第一流量计(6)和第二流量计(8)相对于直接在第一气路(C1)上安装流量计来说，流量计量程的需求成倍降低，大大节约了装置的成本，缩小整个装置的体积及重量，减小携带的负担，且由于小量程的流量计测试的精度更高，从而提高了装置的测试精度。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的第三阀门(7)的输入端与第二阀门(5)的输出端通过管道密封连接，第三阀门(7)的输出端与第四阀门(9)的输入端通过管道密封连接。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，第一阀门(4)、第二阀门(5)、第三阀门(7)以及第四阀门(9)均为电磁阀。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，第二流量计(8)的量程小于第一流量计(6)的量程。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，还包括：压力传感器(2)；所述的压力传感器(2)密封设置在进气口(1)与第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输入端之间的管道上。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，还包括：温度传感器(3)；所述的温度传感器(3)密封设置在进气口(1)与第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输入端之间的管道上。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)的内截面积依次减小。

本实用新型的优点在于：

装置采用一大一小量程的第一流量计(6)和第二流量计(8)形成三条气路，第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)；根据气室内气体的压力变化，切换不同的气路进行气体回收，使得对气室放出的气体各级流量均能进行精确测量。本装置一大一小量程的第一流量计(6)和第二流量计(8)相对于直接在第一气路(C1)上安装流量计来说，流量计量程的需求成倍降低，大大节约了装置的成本，缩小整个装置的体积及重量，减小携带的负担，且由于小量程的流量计测试的精度更高，从而提高了装置的测试精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，包括：进气口1、压力传感器2、温度传感器3、第一阀门4、第二阀门5、第一流量计6、第三阀门7、第二流量计8、第四阀门9、出气口10。所述的进气口1、第二阀门5、第一流量计6、出气口10依次通过管道首尾密封串接，所述的压力传感器2、温度传感器3分别密封设置在进气口1与第二阀门5之间的管道上；所述的第一阀门4的输入端与第二阀门5的输入端通过管道密封连接，第一阀门4的输出端与第一流量计6的输出端通过管道密封连接；第二流量计8、第四阀门9通过管道首尾密封串接后，第二流量计8的输入端与第二阀门5的输入端通过管道密封连接，第四阀门9的输出端与第一流量计6的输出端通过管道密封连接；第三阀门7的输入端与第二阀门5的输出端通过管道密封连接，第三阀门7的输出端与第四阀门9的输入端通过管道密封连接。

第一阀门4所在气路为第一气路C1，第二阀门5、第一流量计6所在气路为第二气路C2，第二流量计8、第四阀门9所在气路为第三气路C3，第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3的内截面积依次减小。

第一阀门4、第二阀门5、第三阀门7以及第四阀门9均为电磁阀，电磁阀与数据处理终端连接，由数据处理终端控制电磁阀的开关。

第一流量计6为大量程的流量计，第二流量计8计为小量程的流量计，小量程的流量计精度高于大量程的流量计。

装置的工作原理如下：

1、测定气路之间的流量比

已知流量与压力差、管路直径之间关系如下：

S＝10.3×n²/d^5.33 (2)

式中：Q—流量，m³/s；△P—管道两端压力差，Pa；ρ—密度，kg/m³；g—重力加速度，m/s²；S—管道摩阻；n—管内壁糙率；d—管内径，m；L—管道长度，m。

由于第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3前后的压力差一致，则第一气路C1、第二气路C2内的流量比K1、第二气路C2、第三气路C3内的流量比K2的计算公式如下：

其中，Q₁、Q₂、Q₃分别表示第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3内的流量，n₁、n₂、n₃分别表示第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3的管内壁糙率，d₁、d₂、d₃分别表示第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3的管内径，L₁、L₂、L₃分别表示第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3的管道长度。

公式(3)和公式(4)中所有参数在固定成型的装置中均为一固定数值，即第一气路C1、第二气路C2内的流量比K₁为一固定数值，第二气路C2、第三气路C3内的流量比K₂为一固定数值。

在该装置使用前，打开第一阀门4、第二阀门5，从进气口1预先控制通入已知流量Q的气体，通过第一流量计6测量得知第二气路C2的流量Q₂，则第一气路C1的流量Q₁＝Q-Q₂，从而计算出第一气路C1、第二气路C2内的流量比K₁；打开第二阀门5、第四阀门9，从进气口1预先控制通入气体，分别通过第一流量计6和第二流量计8测算得第二气路C2的流量Q₂和第三气路C3的流量Q₃，从而计算出第二气路C2、第三气路C3内的流量比K₂。

采用分流法的两条气路之间的流量比不宜过大，流量比不宜过大会放大小流量气路中存在的系统误差，故应控制气路之间的流量比K₁、K₂的数值在3～10范围内。

2、第一回收阶段

2.1、气室内气体初始密度测定

关闭装置的所有阀门，将进气口1接入气室，出气口10接回收装置的回收进气口，通过压力传感器2、温度传感器3检测初始的气室内气体压力、温度数值，记为P₁、T₁，将P₁、T₁代入Beattie-Bridgman经验公式得：P₁＝(RT₁B-A)ρ₃ ²+RT₁ρ₃，其中，A＝73.882×10^-5-5.132105×10^-7ρ₀，B＝2.50695×10^-3-2.12283×10^-6ρ₀，R＝56.9502×10^-5，ρ₀为标准状态下SF₆的气体密度，得出此时气室内气体密度ρ₃。

2.2、启动装置，进行回收

同时打开第一阀门4、第二阀门5，控制回收装置开始回收气体，气室内气体从进气口1分流进入第一气路C1、第二气路C2，进入第一气路C1的气体流经第一阀门4，进入第二气路C2的气体流经第二阀门5、第一流量计6，两路气体最终汇合并从出气口10流入回收装置进行回收。第一流量计6测量第二气路C2的流量Q₂，由公式(3)得第一气路C1的流量Q₁＝K₁*₂，则此阶段气室实时放出的气体总流量Q₁’＝(K₁+1)*Q₂，将测得数据上传至数据处理终端，采用Q₁’进行实时积分计算得到当前气室放出的气体总量V₂。

所述的实时积分计算的方法为：例如，取积分时间间隔t为0.1s，则0.1s内气室放出的气体总量等于0.1s乘以气室实时放出的气体总流量Q₁’，数据处理终端不断以相等的时间间隔进行计算并累加，最终得出该当前气室放出的气体总量V₂。

2.3、计算气室内气体的回收率

关闭第一阀门4、第二阀门5，并控制停止回收装置，待稳定后得此时压力传感器2、温度传感器3检测到此时气室内气体压力、温度数值P₂、T₂，将P₂、T₂代入Beattie-Bridgman经验公式，计算得出此时气室内气体密度ρ₄，则此时气室内气体的回收率H₁＝(ρ₃-ρ₄)/ρ₃，并记录此时气室放出的气体总量V₁。

2.4、标定气室容积

已知SF₆密度为ρ₀＝6.1kg/m³，通过公式m＝ρV算得气室容积V＝ρ₀×V₁/(ρ₃-ρ₄)。

2.5、计算实时回收率

再打开第一阀门4、第二阀门5，并控制回收装置再次启动继续回收气体，重复步骤2.3得到当前回收过程中当前气室放出的气体总量V₂，则气室内气体的实时回收率H₂的计算公式如下：

3、第二回收阶段

随着气室内气体不断放出，气室内压力不断下降，放出的气体流量不断减小。当第一流量计6检测到数值接近量程下限时，关闭第一阀门4，打开第四阀门9，气室内气体从进气口1分流进入第二气路C2、第三气路C3，进入第二气路C2的气体流经第二阀门5、第一流量计6，进入第三气路C3的气体流经第二流量计8、第四阀门9，两路气体最终汇合并从出气口10流入回收装置进行回收。第一流量计6测量第二气路C2的流量Q₂，由公式(4)得第二气路C2的流量Q₂＝K₂*Q₃，则此阶段气室实时放出的气体总流量Q₂’＝(K₂+1)*Q₃，将测得数据上传至数据处理终端，采用Q₂’进行实时积分计算得到当前气室放出的气体总量V₂。

4、第三回收阶段

此时气室内压力仍不断下降，放出的气体流量不断减小。当第二流量计8检测到数值接近量程下限时，关闭第二阀门5、第四阀门9，打开第三阀门7，气室内气体进入第三气路C3，流经第二流量计8、第三阀门7进入第二气路C2，再流经第一流量计6从出气口10流入回收装置进行回收。第二流量计8测量第三气路C3内气体流量Q₃上传至数据处理终端代替Q₂’，采用Q₃进行实时积分得当前气室放出的气体总量V₂。当气室内气体的回收率H₂达到回收率要求后，关闭第三阀门7。可得最终的气室放出的气体总量V₂与气室内气体的回收率H₂。

5、流量计的校准

当需要采用第二流量计8对第一流量计6进行校准时，分别记录第二回收阶段时第一流量计6、第二流量计8所测得一组数据Q₅、Q₆，第三回收阶段时第一流量计6、第二流量计8所测得一组数据Q₇、Q₈；根据两点(Q₅，K₂*Q₆)，(Q₇，Q₈)计算得一次方程：

其中，x表示第一流量计6校准前数据，y表示第一流量计6校准后数据。

在之后使用装置时先按式(6)对第一流量计6进行校准，再进行实时积分得气室放出的气体总量。

6、举例说明

一般的流量计的量程比为1:20。假设初始气室放出的最大气体流量为20m³/h、第一气路C1、第二气路C2内的流量比为9:1(K₁＝9)，则第二气路C2中最大流量为2m³/h，此时可选择量程为0.1-2.0m³/h的流量计作为第一流量计6。

当气室内压力降低至一定数值后，第一流量计6检测到数值接近0.1m³/h时，此时气室放出的气体总流量略大于1m³/h，关闭第一阀门4，打开第四阀门9，第二流量计8测量第三气路C3内气体流量Q₃并乘以(K₁+1)得气室实时放出的气体总流量Q₂’上传至数据处理终端代替Q₁’进行实时积分得当前气室放出的气体总量V2；如第二气路C2、第三气路C3内的流量比为K₂＝3，则此时第三气路C3内的气体流量最大值略大于0.25m³/h，可选择量程为0.025-0.5m³/h的流量计作为第二流量计8。

气室内压力再降低至一定数值，第二流量计8检测到流量数值接近0.025m³/h后，关闭第二阀门5、第四阀门9，打开第三阀门7，第二流量计8测量第三气路C3内气体流量Q₃上传至数据处理终端代替Q₂’进行实时积分得当前气室放出的气体总量V₂。直至回收结束。

在之后的回收工作中利用上次回收过程中的数据自动对第一流量计6进行校准，防止第一流量计6的误差过大，使测算结果更加精确。

装置采用一大一小量程的第一流量计6和第二流量计8形成三条气路，第一气路C1、第二气路C2、第三气路C3；当气室内的压力较高、第一流量计6检测到的数值在其量程范围内时，此时同时开启第一气路C1、第二气路C2进行气体回收，采用第一流量计6测量第二气路C2的气体流量，再通过测定的第一气路C1、第二气路C2之间的流量比，推算出第一气路C1的气体流量；当气室内的压力下降、第一流量计6检测到的数值达到其量程下限时，如果继续采用第一流量计6来检测，则由于气体流量较小，测量误差大，此时应同时开启第二气路C2、第三气路C3进行气体回收，采用第二流量计8第三气路C3的气体流量，再通过测定的第二气路C2、第三气路C3之间的流量比，推算出第二气路C2的气体流量；当气室内的压力继续下降、第二流量计8检测到的数值到达其量程下限时，此时应该采用第三气路C3单独开启进行气体回收；根据气室内气体的压力变化，切换不同的气路进行气体回收，使得对气室放出的气体各级流量均能进行精确测量。

以上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精神和范围。

Claims (7)

1.一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，包括：进气口(1)、第三阀门(7)、出气口(10)，第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)；第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联设置；进气口(1)通过管道密封连接在第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输入端，出气口(10)通过管道密封连接在第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输出端；第三阀门(7)通过管道密封连接在第二气路(C2)与第三气路(C3)之间；所述的第一气路(C1)包括：第一阀门(4)，第一阀门(4)的输入端通过管道与进气口(1)密封连接，第一阀门(4)的输出端通过管道与出气口(10)密封连接；第二气路(C2)包括：第二阀门(5)、第一流量计(6)；第二阀门(5)、第一流量计(6)依次通过管道首尾密封串接，第二阀门(5)的输入端通过管道与进气口(1)密封连接，第一流量计(6)的输出端通过管道与出气口(10)密封连接；所述的第三气路(C3)包括：第二流量计(8)、第四阀门(9)；第二流量计(8)、第四阀门(9)依次通过管道首尾密封串接，第二流量计(8)的输入端通过管道与进气口(1)密封连接，第四阀门(9)的输出端通过管道与出气口(10)密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，所述的第三阀门(7)的输入端与第二阀门(5)的输出端通过管道密封连接，第三阀门(7)的输出端与第四阀门(9)的输入端通过管道密封连接。

3.根据权利要求2所述的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，第一阀门(4)、第二阀门(5)、第三阀门(7)以及第四阀门(9)均为电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，第二流量计(8)的量程小于第一流量计(6)的量程。

5.根据权利要求1所述的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，还包括：压力传感器(2)；所述的压力传感器(2)密封设置在进气口(1)与第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输入端之间的管道上。

6.根据权利要求1所述的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，还包括：温度传感器(3)；所述的温度传感器(3)密封设置在进气口(1)与第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)并联的输入端之间的管道上。

7.根据权利要求1所述的一种SF₆气室气体高精度分流回收测量装置，其特征在于，所述的第一气路(C1)、第二气路(C2)、第三气路(C3)的内截面积依次减小。

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