一种用于开关设备的新型密度表及气体密度的计算方法

技术领域

本公开涉及开关设备内SF6气体的压力监测领域，具体涉及一种用于开关设备的新型密度表及气体密度的计算方法。

背景技术

SF6气体作为一种超高压绝缘介质材料，能有效地起到灭弧作用，因此广泛应用于变电站的断路器、GIS等设备中。然而SF6气体的压力严重影响其灭弧性能：

1、当气压过低时，将使断路器的灭弧能力大幅降低，SF6气体也更容易被分解成为氟化亚硫酰(SOF2)、氟化氢(HF)等有毒气体，同时对材料有腐蚀作用；

2、当气压过高时，将使断路器的机械寿命缩短，还可能造成SF6气体液化，失去灭弧能力。

因此，需要对于开关设备内SF6气体的压力进行监测。传统的监测方式主要是通过设备上安装的密度表进行监测。

传统的监测方式存在以下几个问题：

1、传统密度表监测的是“折算至20℃时，开关内气体的压力(Mpa)”，而非气室内的真实压力。断路器、GIS设备正常工作时，在负荷和回路电阻的影响下，使SF6气体的温度和密度表所处的环境温度不一致，导致密度表无法对由温度引起SF6气体压力变化进行正确补偿，从而无法正确监测气室内SF6气体的密度。这可能造成断路器该闭锁的时候不闭锁，不该闭锁的时候误闭锁，存在安全隐患。

2、密度表对压力值的监测为机械传导指示，《国家电网公司变电检测通用管理规定第39分册SF6密度表(继电器)校验细则》3.4.3中规定“a)SF6密度表(继电器)的示值数据应按分度值的1/5估读”，同时存在装置误差、方法误差与偶然误差，测量误差较大，最大误差可达4％。

3、当发生气体泄漏时，由于温升作用，气室要比断路器退出运行时泄漏更多的SF6气体，才能使密度继电器的电触电闭合，发出报警/闭锁信号。这就很可能导致当发现泄漏时，气室内的压力已经不满足灭弧条件，而此时发生故障跳闸，断路器可能出现灭弧失败等现象，造成更严重的事故。

4、需要人工定期巡视，耗费大量人力物力。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种用于开关设备的新型密度表及气体密度的计算方法。

第一方面，本申请提供一种用于开关设备的新型密度表，包括中央控制器、触摸与显示屏、无线传输模块、温度传感器、气压传感器、电源模块。

中央控制器通过无线传输模块接收温度传感器及气压传感器的数据，将接收的数据进行滤波运算后通过布里奇曼算法对数据进行补偿，得到检测气体的实际密度；

温度传感器设置在距离开关设备触头最近的气室外壳上，用于测量开关设备的实际工作温度，并将检测的温度数据发送至中央控制器；

气压传感器设置在开关设备的三通阀门上，用于测量开关设备气室内SF6气体的压力，并将检测的压力数据发送至中央控制器。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述触摸与显示屏用于显示气体温度数据、压力数据及密度数据，提供人机交互界面。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述电源模块用于为中央控制器、触摸与显示屏及无线传输模块提供直流供给。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述电源模块设置为蓄电池加外接电源构成的三端口电源供电结构。

第二方面，本申请提供一种用于开关设备的新型密度表包括以下步骤：

接收温度传感器的温度数据、接收气压传感器的压力数据；

对温度数据及压力数据进行滤波处理；

将温度数据及压力数据代入布里奇曼算法，计算得到气体的实际密度。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述将温度数据及压力数据代入布里奇曼算法，计算得到气体的实际密度，具体包括：

布里奇曼算法公式：

P＝(R×T×B-A)×C

上式中，A＝73.882×10

将温度数据转换为绝对温度T1后代入(1)式的T，将压力数据P1代入(1)式的P，求得气体理论密度的数值C1；

将C1数值代入(1)式的C，T2＝20+273的数值代入(1)式的T，求得气体实际压力P2；

将P2的数值代入(1)式的P，T1的数值代入(1)式的T，求得气体实际密度的数值C2。

本发明的有益效果：本申请提供一种用于开关设备的新型密度表及气体密度的计算方法，新型密度表能准确测量气体的实际状态，避免了因表计示数与实际气压不符造成断路器损坏的安全隐患；通过后台对数据的监测与分析，可以提前预知各变电站开关设备的状态，从而做到疑似故障设备重点监督、提前检修更换，避免了由于断路器过热或气室泄漏等原因导致的设备损坏、柜体着火、大范围停电等事故的发生；采用无线传输的方式，将气体状态数据实时传输到终端，有利于实现在线监测，避免了带电巡检带来的安全隐患与不便；同时采集温度数据与气体压力数据，并通过布里奇曼算法，利用温度数据对压力数据进行补偿，避免了密度表所处的环境温度与气体实际温度不一致造成的误差；数字显示避免了估读带来的误差，进一步提高测量准确度。

附图说明

图1为本申请第一种实施例的原理框图；

图2为为本申请第一种实施例中中央控制器与其他各个部分的电路连接示意图；

图3为本申请第二种实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示为本申请的第一种实施例的原理图，包括中央控制器、触摸与显示屏、无线传输模块、温度传感器、气压传感器、电源模块。

中央控制器作为密度表的核心，通过无线传输模块接收温度传感器及气压传感器的数据，将接收的数据进行滤波运算后通过布里奇曼算法对数据进行补偿，得到检测气体的实际密度。

温度传感器设置在距离开关设备触头最近的气室外壳上，用于测量开关设备的实际工作温度，因此需要快速响应温度变化，并将温度转化成数字信号传输给中央控制器。

气压传感器设置在开关设备的三通阀门上，用于测量开关设备气室内SF6气体的压力，并将检测的压力数据发送至中央控制器。

无线传输模块用于实现温度传感器、气压传感器与中央控制器之间的通信，同时考虑变电站内的电磁频谱特性，确保密度表的无线通信与站内其它设备间互不干扰。

电源模块用于为密度表提供持续稳定的直流电源供给，其可靠性直接影响内部芯片及其它元件的寿命，因此采用蓄电池加外接电源构成的三端口电源供电方式，在保证输出优质稳定电压的同时，也能在市电中断时由蓄电池接替持续供电。

在一优选实施方式中，所述触摸与显示屏用于显示气体温度数据、压力数据及密度数据，提供人机交互界面。

如图2所示为本申请第一种实施例中，中央控制器与其他各个部分的电路信号连接示意图。

如图3所示为本申请第二种实施例的流程图，本实施例是应用第一种实施例的密度表进行气体密度的计算方法，包括以下步骤：

S1、接收温度传感器的温度数据、接收气压传感器的压力数据。

S2、对温度数据及压力数据进行滤波处理。

S3、将温度数据及压力数据代入布里奇曼算法，计算得到气体的实际密度。

本实施例中，S3步骤具体包括：

布里奇曼算法公式：

P＝(R×T×B-A)×C

上式中，A＝73.882×10

将温度数据转换为绝对温度T1后代入(1)式的T，将压力数据P1代入(1)式的P，求得气体理论密度的数值C1；

将C1数值代入(1)式的C，T2＝20+273的数值代入(1)式的T，求得气体实际压力P2；

将P2的数值代入(1)式的P，T1的数值代入(1)式的T，求得气体实际密度的数值C2。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。