一种混合气体补充装置

技术领域

本发明属于配气技术领域，特别涉及一种混合气体补充装置。

背景技术

六氟化硫气体为一种人工合成的惰性气体，具有很好的化学稳定性。六氟化硫气体还具有良好的电气绝缘性能以及优异的灭弧性能，如耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍；击穿电压是空气的2.5倍；灭弧能力是空气的100倍，因而六氟化硫是一种介于空气和油之间的高压绝缘介质材料。由于六氟化硫气体所具有的良好电气绝缘性能以及优异的灭弧性能，因而广泛应用于高压电力设备中。但六氟化硫会出现低温液化现象，虽然使用辅助加热的方式能够避免六氟化硫气体液化，但是辅助加热设备的使用导致使用成本提高。由于辅助加热设备在加热的过程中可能会导致六氟化硫气体温度不稳，进而导致电力设备运行的可靠性和稳定性受到影响。长期以来，人们为寻找六氟化硫气体的替代气体，进行了大量的研究，但未获成功。因此考虑在六氟化硫气体中添加液化温度较低的常见气体作为缓冲介质。目前，已采用氮气作为缓冲介质，因此N

从生态和经济的角度来看，氮气六氟化硫混合气体是个很好的混合气体。氮气六氟化硫混合气体的击穿强度与氮中六氟化硫的浓度及压力有关。从技术上讲，氮的组分至40％，电强度几乎没有什么变差。即使80％氮气与20％六氟化硫的混合气体也还有纯氮气或空气二倍以上的电强度。而且氮气六氟化硫混合气体具有良好的绝缘性能，即使在六氟化硫含量低的情况下。用六氟化硫气体含量10％～20％，就可以达到适当的绝缘性能，而10％～20％六氟化硫气体含量从技术、生态和环境等方面考虑，用于GIS(GasInsulatedSwitchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)都是合适的。为了达到纯六氟化硫气体的绝缘强度，只需适当提高压力约45％～70％，而且六氟化硫的用量及其漏气率将减少约70％～85％。

目前常用的分压充气方法，是在气体绝缘设备中先充入一定分压的一种气体，再充入一定分压的另一种气体，采用分压控制两种气体充气量和混气比，静等两种气体在设备中混合，浪费了时间，降低了工作效率，而且不能保证两种气体混合均匀，常常会造成充气比例偏差和气体浪费。

但与SF

因此，需要设计一种混合气体补充装置，以解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种混合气体补充装置，所述装置包括：

气化设备，用于使气瓶中流出的六氟化硫SF

质量流量控制器，用于调控吸热气化后的SF

进一步的，所述气化设备包括气化装置一和气化装置二，其中，

所述气化装置一，用于将气瓶中流出的SF

所述气化装置二，用于将气瓶中流出的N

进一步的，所述气化设备和质量流量控制器之间还设有第一阀门组件，其中，

所述第一阀门组件包括手动减压阀RV1、手动减压阀RV2、电磁阀V1以及电磁阀V2，其中，

所述手动减压阀RV1的输入端与气化装置一的输出端连接，所述手动减压阀RV1的输出端与电磁阀V1的输入端连接，所述电磁阀V1的输出端与质量流量控制器MF1的输入端口连接；

所述手动减压阀RV2的输入端与气化装置二的输出端连接，所述手动减压阀RV2的输出端与电磁阀V2的输入端连接，所述电磁阀V2的输出端与质量流量控制器MF2的输入端口连接。

进一步的，所述装置还包括缓冲控制系统以及增压部件，其中，

所述缓冲控制系统设于增压部件以及质量流量控制器之间。

进一步的，所述质量流量控制器有两个，分别为质量流量控制器MF1以及质量流量控制器MF2，其中，

所述质量流量控制器MF1的输入端与电磁阀V1的输出端连接，所述质量流量控制器MF1的输出端连接在缓冲控制系统的输入端；

所述质量流量控制器MF2的输入端与电磁阀V2的输出端连接，所述质量流量控制器MF2的输出端与质量流量控制器MF1的输出端连接并与缓冲控制系统的输入端连接。

进一步的，所述缓冲控制系统包括一号罐、二号罐、三号罐以及抽真空系统，其中，

所述一号罐的输入端与质量流量控制器MF1的输出端连接；

所述一号罐的第一输出端通过电磁调节阀EV1与二号罐的第一输入端连接，所述一号罐的第二输出端通过电磁调节阀EV2与二号罐的第二输入端连接；

所述二号罐的输出端通过压缩机与三号罐连接。

进一步的，所述缓冲控制系统还包括三通一、压缩机CP、单向阀、输出选择开关、三通三、缓冲压力表P以及手动阀MV1，其中，

所述三通一的入口与二号罐的出口连接；所述三通一的第一出口与压缩机CP的入口连接，压缩机CP的出口连接单向阀入口；所述单向阀出口与输出选择开关的入口连接；

所述输出选择开关的第一出口与直接输出口连接，所述输出选择开关的第二出口与三通三的入口连接，三通三的第一出口与缓冲压力表的入口连接，三通三的第二出口通过手动阀MV1与三号罐的入口连接，所述三号罐的出口通过手动阀MV2与输出组件连接；

进一步的，所述抽真空系统包括电磁阀V3、电磁阀V4、电磁阀V5、电磁阀V6、电磁阀V7以及电磁阀V8，其中，

所述电磁阀V4的输入端与三通一的第二出口连接，所述电磁阀V3的输入端通过压力变送器PT2与输出选择开关的入口连接；

所述电磁阀V4的输出端通过四通二与电磁阀V3的输出端连接；其中四通二的第一输出端连接电磁阀V4的输出端，四通二的第二输出端连接电磁阀V3的输出端；

所述四通二的第三输出端连接压力开关T0.3-1.5；四通二的输入端连接四通一的第三输出端；

所述电磁阀V6的输入端与SF6输入口连接，所述电磁阀V5的输入端N2输入口连接；

所述电磁阀V6的输出端通过四通一与电磁阀V5的输出端连接；其中四通一的第一输出端连接电磁阀V6的输出端，四通一的第二输出端连接电磁阀V5的输出端；

所述四通一的输入端与三通二的第一输入端连接；三通二的第二次输入端连通大气；

所述电磁阀V7的输出端与电磁阀V8的输入端连接；

所述电磁阀V7的输入端与三通二的输出端连接；所述电磁阀V8的输出端连接有真空泵VP。

进一步的，所述输出部件包括缓冲罐输出口、取样调节阀、取样口以及泄压阀以及四通三，其中，

所述四通三的输入端与手动阀MV2连接，所述四通三的第一输出端与泄压阀连接，所述四通三的第二输出端与取样调节阀的输入端连接，所述取样口与取样调节阀的输出端连接，所述四通三的第三输出端与三号罐输出口连接。

本发明提供了一种混合气体补充装置，通过控制SF

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的混合气体补充装置的结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例的气体比例调控的结构示意图。

图3示出了根据本发明实施例的模拟PID控制系统的的结构示意图。

图4示出了根据本发明实施例的抽真空的流程图。

图5示出了根据本发明实施例的混气输出的流程图。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，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做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。

本发明提供了一种混合气体补充装置，所述装置包括：气化装置，用于使气瓶中流出的六氟化硫SF

质量流量控制器，用于调控吸热气化后的SF

下面对本发明的所述装置进行一个详细地描述。

在本发明的一些实施例中，所述气化装置包括气化装置一和气化装置二，其中，

所述气化装置一，用于将气瓶中流出的六氟化硫SF

所述气化装置二，用于将气瓶中流出的N

下面对本发明的一种混合气体补充装置进行一个详细地描述。

在本发明的一些实施例中，所述气化装置和质量流量控制器之间还设有第一阀门组件，其中，

所述第一阀门组件包括手动减压阀RV1、手动减压阀RV2、电磁阀V1以及电磁阀V2，其中，

所述手动减压阀RV1的输入端与气化装置一的输出端连接，所述手动减压阀RV1的输出端与电磁阀V1的输入端连接，所述电磁阀V1的输出端与质量流量控制器的第一输入端口连接；

所述手动减压阀RV2的输入端与气化装置二的输出端连接，所述手动减压阀RV2的输出端与电磁阀V2的输入端连接，所述电磁阀V2的输出端与质量流量控制器的第二输入端口连接。

在本发明中，气瓶中的SF

在本发明的一些实施例中，所述装置还包括缓冲控制系统以及增压部件，其中，所述缓冲控制系统设于增压部件以及质量流量控制器之间。

在本发明的一些实施例中，所述质量流量控制器有两个，分别为质量流量控制器MF1(图1中mass表示质量流量控制器)以及质量流量控制器MF2，其中，所述质量流量控制器MF1的输入端与电磁阀V1的输出端连接，所述质量流量控制器MF1的输出端连接在缓冲控制系统的输入端；所述质量流量控制器MF2的输入端与电磁阀V2的输出端连接，所述质量流量控制器MF2的输出端与质量流量控制器MF1的输出端连接并与缓冲控制系统的输入端连接。

在本发明的一些实施例中，所述缓冲控制系统包括一号罐(即图1中的1号罐)、二号罐(即图1中的2号罐)、三号罐(即图1中的3号罐)以及抽真空系统，其中：

所述1号罐(1号罐上还设有压力变送器PT1，用于观察1号罐的压力)的输入端与质量流量控制器MF1的输出端连接；

所述1号罐的第一输出端通过电磁调节阀EV1与2号罐的第一输入端连接，所述1号罐的第二输出端通过电磁阀V2与2号罐的第二输入端连接；

所述2号罐的输出端通过压缩机CP与3号罐连接；

在本发明的一些实施例中，所述缓冲控制系统还包括三通一(即图1中的三通1)、压缩机CP、单向阀、三通二(即图中的三通2)、输出选择开关、缓冲压力表P以及手动阀MV1，其中，

三通1的入口与2号罐的出口连接；所述三通1的第一出口与压缩机CP的入口连接，压缩机CP的出口连接单向阀入口；所述单向阀出口与输出选择开关的入口连接,电磁阀V4的输入端与三通1的第二出口连接。

所述输出选择开关(图1中的直接输出/缓冲输出选择开关)的第一出口与直接输出口连接，所述输出选择开关的第二出口与三通3上入口连接连接，三通三的第一出口与缓冲压力表的入口连接，三通3第二的出口通过手动阀MV1与3号罐的入口连接，所述3号罐的出口通过手动阀MV2与输出组件连接；

在本发明的一些实施例中，所述抽真空系统包括电磁阀V3、电磁阀V4、电磁阀V5、电磁阀V6、电磁阀V7以及电磁阀V8，其中，

所述电磁阀V4的输入端与三通1的第二出口连接，所述电磁阀V3的输出端通过压力变送器PT2与输出选择开关的入口连接；

所述电磁阀V8的输出端连接有真空泵。

所述电磁阀V4的输出端通过四通2与电磁阀V3的输出端连接；其中四通2的第一输出端连接电磁阀V4的输出端，四通2的第二输出端连接电磁阀V3的输出端；

所述四通2的第三输出端连接压力开关T0.3-1.5；四通2的输入端连接四通1的第三输出端；

所述电磁阀V6的输入端与SF

所述电磁阀V6的输出端通过四通1与电磁阀V5的输出端连接；其中四通1的第一输出端连接电磁阀V6的输出端，四通1的第二输出端连接电磁阀V5的输出端；

所述四通1的输入端与三通2的第一输入端连接；三通2的第二次输入端连通大气；

所述电磁阀V7的输出端与电磁阀V8的输入端连接；

所述电磁阀V7的输入端与三通2的输出端连接；所述电磁阀V8的输出端连接有真空泵VP。

在本发明的一些实施例中，所述输出部件包括缓冲罐输出口、取样调节阀、取样口以及第一泄压阀以及四通三(即图中的四通3)，其中，

所述四通3的输入端与手动阀MV2连接，所述四通3的第一输出端与第一泄压阀连接，所述四通3的第二输出端与取样调节阀的输入端连接，所述取样口与取样调节阀的输出端连接，所述四通3的第三输出端通过第二泄压阀与缓冲罐输出口连接。

下面对本发明的工作方式进行一个详细地描述。

图1为SF

(1)状态自检：

接通电源，相序正常，加热、工控电源状态正常，非急停状态；

(2)抽真空：

如图4所示的，开启电磁阀V1和电磁阀V2、整个质量流量控制器，两个电磁调节阀，电磁阀V4、V5、V6、V7、V8,开启真空泵，开始抽真空。设定时间后结束抽真空，阀门(抽真空开启的对应阀门)状态复归。(真空计为了检测抽真空的程度，设在对应管道的内部，且在真空度达到要求时，向PLC输入信号，断开真空泵同时将上述开启阀门复归)完成抽真空操作。

压力开关T0.3-1.5若动作，控制真空泵逆流中间继电器闭合，向PLC输入信号，断开真空泵，若压力开关T0.3-1.5不动作，则开启电磁阀1、电磁阀2，质量流量控制器/电磁调节阀开度最大状态，开启电磁阀V4、V5、V6、V7、V8，真空泵启动继电器闭合/真空泵接触器闭合，然后判断真空泵设定时间是否到达，若到达，则表示抽真空完成，关闭电磁阀1、电磁阀2，质量流量控制器/电磁调节阀恢复正常工作状态，关闭电磁阀V4、V5、V6、V7、V8，真空泵启动继电器断开/真空泵接触器断开，若未到达，则继续进行上一步，其中，压力开关是单独的，一个压力继电器，超过压力范围时继电器吸合，对应触点相应动作。

(3)混气输出：

如图5所示的，输出模式选择开关(图1中的直接输出/缓冲输出选择开关)选定后，对应装置触摸屏上选择预热，装置进入预热状态：气化装置1加热中间继电器、气化装置2加热中间继电器闭合，气化器任一加热中间继电器闭合，加热总电源接触器闭合，第一、二气化器加热温控模块工作，判断整个气化装置是否达到预设温度值，若达到，则向PLC输入预热完成信号，若达不到，则继续进行上一步。

气化装置预热完成后，在气化装置工作期间按所设置温度保持恒温状态。低于最低温度设定值时，重新开始加热，加热过程由加热温控模块对温度值进行PID参数控制；达到最高温度设定值时，停止加热输出。并在加热最佳值附近确立低温度设定值和高温度设定值，低于低温度设定值时，加热两分钟后停止加热两分钟，周期循环；达到高温度设定值时，加热一分钟后停止三分钟，周期循环。

对应手动减压阀预先调试到最佳大小位置，后续保持稳定状态。

开始进行混气操作，触摸屏上完成参数设置，对应SF

压缩机启动条件达成，压缩机启动开始混气加压，压缩混合气体进入3号罐。在3号罐的缓冲罐压力表达到上限值时向PLC输入信号，停止压缩机CP工作，在3号罐的压力表P达到下限时向PLC输入信号，压缩机CP重新开始工作。确保3号罐保持稳定压力、流量输出状态。

泄压阀在3号罐产生故障压力值时进行泄压，保证操作人员、周边人员安全；

(4)补充报警信号：

真空泵热继电器动作，真空泵过流中间继电器闭合，向PLC输入信号；

压缩机热继电器动作，压缩机过流中间继电器闭合，向PLC输入信号；

急停按钮按下，急停检测中间继电器闭合，向PLC输入信号；

压力变送器2上的压力开关T10-60动作，出口压力保护中间继电器闭合，向PLC输入信号。

对于本发明的一些关键部分，有如下的介绍：

(1)动态配气法：动态配气技术的工作原理为质量流量混合法，采用高精度的质量流量控制器(MassFlowController，MFC)，严格控制SF6气体和N2气体的质量流量，并加以混合而制得满足SF

(2)气体比例调控：SF

(3)模拟PID控制系统：当被控制对象的结构和参数不确定，或无法得到精确的数学模型时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试确定，此时适合应用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。模拟PID控制系统的组成见图3所示。

(4)温控加热气化模块：气瓶中的SF

加热器是加热器气化模块的核心部分，加热器选型时主要考虑散热面积、散热均匀性、热传导性能、外观、体积等因素。对SF

在本发明中，主要的工作过程可做如下描述：

电磁阀V3～V8主要在是抽真空时使用，混合气体混入时，电磁阀V3～V8处于关闭状态；混合气体从1号罐进入2号罐进一步混合，再通过压缩机压缩至3号罐或者直接排出使用。

综上所述，本发明设计的混合气体补充装置，具有如下优点：

(1)本发明采用动态配气方法，其工作原理为质量流量混合法，采用高精度的质量流量控制器，严格控制SF

使用该方法能够在同一配气装置上，配制出满足需要的不同组分含量的各种标准气，很好地弥补了传统分压充气法的缺陷，提高了配气准确度，操作更便捷。

(2)本发明是动态配气技术，采用质量流量控制器控制各支路的气体流量，但质量流量控制器后端是不能背压的，因此设计了PID调节控制(调节器控制规律为比例、积分以及微分控制)方法对缓冲罐压力进行控制，避免流量控制器后置压力过高影响配气结果。

(3)针对气体比例的调控，对SF

(4)采用温控加热的气化装置，使大流量气体快速气化均匀，满足质量流量控制器对入口介质形态、温度等要求，进一步提高检测精度。

(5)针对需要，本发明在重要参数部件也可增设保温装置(例如对一些管路、缓冲罐等部件涂保温涂料)，保证低温条件下关键器件的正常运行，增强了装置适用性。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。