一种六氟化硫/氮气混合气体充气装置及方法与流程

本发明属于充气装置技术领域，特别涉及一种适用于高压电器设备的六氟化硫/氮气混合气体充气装置及方法。

背景技术：

sf6气体因其优异的绝缘和灭弧性能，是迄今为止唯一得到工业应用的绝缘气体，已经广泛应用于断路器、全封闭组合电器(gis)、电力变压器、直流输电换向阀和电流互感器等设备中。但是，sf6气体是强温室效应气体，其全球变暖系数约为二氧化碳(co2)的23900倍，一旦泄露会对环境产生长期持续的污染，全球范围内对sf6气体使用的限制越来越严格，其替代、减量使用是大势所趋。

在sf6中加入n2、co2或空气等普通气体构成二元混合气体显出多方面的优越性。目前，仅有sf6/n2混合气体在工程实际中得到了部分应用，但仅局限于气体绝缘金属封闭输电线路(gil)和gis设备的母线气室。

目前，针对sf6/n2混合气体充气装置的研究较少，尚未见有工程应用的报道。混合气体的灌充效果直接影响电力设备的运行可靠性，混合气体灌充过程的复杂程度也直接影响电力设备的安装调试费用和周期，因此，研发sf6/n2混和气体充气装置，既有现实的迫切需求，又有技术挑战，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种六氟化硫/氮气混合气体充气装置及方法，以解决上述技术问题。本发明既能满足现场充气对sf6/n2混合气体比例、压力的准确度要求和绝缘要求，又具有操作便捷、成本较低等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种六氟化硫/氮气混合气体充气装置，包括：sf6进气接口、n2进气接口、监测模块、流量控制阀组、抽真空模块和充气出口；sf6进气接口、n2进气接口、监测模块、抽真空模块和充气出口均与流量控制阀组相连通；流量控制阀组为多通阀；流量控制阀组上设置有s1、s2、s3、s4和s5五个阀门；s1设置在sf6气瓶与sf6进气接口之间，s2设置在n2气瓶与n2进气接口之间，s3设置在监测模块与多通阀之间，s4设置在抽真空模块与多通阀之间，s5设置在充气出口与待充气装置之间。

进一步的，抽真空模块为真空泵。

进一步的，监测模块包括精密温度表、压力表和密度表；流量控制阀组通过s3连接监测模块的精密压力表和密度表；温度表用于实时监测待充气装置中气体温度，精密压力表用于检测充气压力，根据温度表对气体温度的监测数据和精密压力表得到的充气压力，密度表能够通过实时温度折算得到充气装置中的气体密度。

进一步的，流量控制阀组中设有流量调节单元，流量调节单元连接密度表；密度表监测的密度值信息发送给流量调节单元，用于控制流量控制阀组的启停和流量调节。

进一步的，流量控制阀组的流速档位由当前充气密度值触发，流速档位随着密度值的提高而降低；分别设置50％、25％、10％三个调节节点，密度值接近预设值时，流速逐渐减小，分别降低为原有流量的50％、25％和10％；密度值到达最终密度的50％时，流速档位为最大流量的50％；密度值到达最终密度的75％时，流速档位为最大流量的25％；密度值到达最终密度的90％时，流速档位为最大流量的10％。

一种六氟化硫/氮气混合气体充气方法，包括：首先将s5阀门与目标设备电流互感器接头相连，打开s1/s2/s3/s4阀门，关闭s5阀门，打开抽真空模块，对阀组及管路内残余气体进行抽真空；根据充气要求sf6/n2的比例，计算混合气体对应电流互感器额定气压的等值压力，利用温度表检测环境温度，对等值压力进行温度校正，获得校正后的压力；利用分压定律，计算sf6、n2各自分压；打开阀组s1、s3、s5，关闭阀门s2、s4，对电流互感器内部充入sf6，待达到计算分压后，关闭s1，打开s2，对电流互感器内部充入n2至校正后的压力，完成充气过程。

进一步的，在充气过程中：首先，向电流互感器内部充入sf6，sf6密度不断提高，当监测sf6密度值到达预设sf6分压力对应密度值的50％、75％、90％时，触发流量控制模块，降低充气流速为正常流速的50％、25％和10％，直至sf6充气结束；随后，进入n2充气阶段，当监测sf6/n2混合气体密度值到达最终混合气体对应密度值的50％、75％、90％时，流量监测模块触发流量控制模块，降低充气流速为正常流速的50％、25％和10％，直至n2充气结束，完成整个混合气体充气过程。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过混合气体充气装置对电流互感器进行充气，既能满足现场充气对混合气体比例准确度的要求，又能满足操作便捷和绝缘的要求，且成本较低。

附图说明

图1为本发明一种六氟化硫/氮气混合气体充气装置的系统构成图；

图2为本发明一种六氟化硫/氮气混合气体充气装置的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种六氟化硫/氮气混合气体充气装置，包括：进气接口、监测模块、流量控制阀组、抽真空模块和混合气体出口。进气接口、监测模块、抽真空模块和混合气体出口均连接流量控制阀组。

请参阅图2所示，流量控制阀组1为多通阀；流量控制阀组1上具有s1、s2、s3、s4和s5五个阀门；s1、s2作为进气接口，分别连接sf6气瓶2和n2气瓶3。五个阀门采用标准接口，可以方便与气瓶与充气管路连接。

流量控制阀组1的阀门s4连接抽真空模块；抽真空模块为真空泵5。真空泵5可以对管路进行抽真空处理，避免管路内残余气体对混合气体的影响。流量控制阀组1的阀门s5作为混合气体出口，用于连接待充气装置。

监测模块4包括精密温度表、压力表和密度表；流量控制阀组1通过s3连接监测模块的精密压力表和密度表；温度表用于实时监测待充气装置中气体温度，精密压力表3用于检测充气压力，根据温度表对气体温度的监测数据和精密压力表得到的充气压力，密度表能够通过实时温度折算得到充气装置中的气体密度。

流量控制阀组1中设有流量调节单元，流量调节单元连接密度表；密度表监测的密度值信息发送给流量调节单元，用于控制流量控制阀组1的启停和流量调节。

流量调节单元设置流速控制档位，与监测模块双向反馈。流速档位由当前充气密度值触发，分别设置50％、25％、10％三个调节节点。流速档位随着密度值的提高而降低，即密度值接近预设值时，流速逐渐减小，分别降低为原有流量的50％、25％和10％，使其能满足密度监测模块刷新时间，保证充气过程不会过充。密度值到达最终密度的50％时，流速档位为最大流量的50％；密度值到达最终密度的75％时，流速档位为最大流量的25％；密度值到达最终密度的90％时，流速档位为最大流量的10％。

本发明一种六氟化硫/氮气混合气体充气方法，利用充气装置可以根据实际需要对高压电气设备进行混合气体灌充；具体包括以下步骤：

首先将s5阀门与目标设备电流互感器接头相连，打开s1/s2/s3/s4阀门，关闭s5阀门，打开真空泵5，对阀组及管路内残余气体进行抽真空，利用真空表检测真空度；根据充气要求sf6/n2的比例，计算混合气体对应电流互感器额定气压的等值压力，利用温度表检测环境温度，对等值压力进行温度校正，获得校正后的压力；利用分压定律，计算sf6、n2各自分压；打开阀组s1、s3、s5，关闭阀门s2、s4，对电流互感器内部充入sf6，待达到计算分压后，关闭s1，打开s2，对电流互感器内部充入n2至校正后的压力。整个充气过程完毕后，关闭阀门s1-s5，静置电流互感器24小时，保证气体混合均匀。

在充气过程中，流量值调节单元的控制过程为：首先，向电流互感器内部充入sf6，sf6密度不断提高，当监测sf6密度值到达预设sf6分压力对应密度值的50％、75％、90％时，将会触发流量控制模块，降低充气流速为正常流速的50％、25％和10％，直至sf6充气结束；随后，进入n2充气阶段，当监测sf6/n2混合气体密度值到达最终混合气体对应密度值的50％、75％、90％时，流量监测模块将会触发流量控制模块，降低充气流速为正常流速的50％、25％和10％，直至n2充气结束。最终完成整个混合气体充气过程。