[发明专利]六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明属于高压电气设备绝缘技术领域，尤其涉及一种六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法。

背景技术

对六氟化硫(SF₆)的混合气体作为绝缘介质的研究始于20世纪70年代，当时考虑用混合气体代替SF₆气体的主要原因是，混合气体对电场不均匀性不像纯SF₆气体那样敏感，可解决高寒地区的SF₆的液化问题，降低气体绝缘设备的成本，但由于在均匀场中，相同气压的SF₆混合气体的绝缘强度没有纯SF₆气体的绝缘强度高，故仍用纯SF₆作为气体绝缘介质。但随着社会的不断发展，随着国家越来越重视环保和节能减排，在这个大时代背景下，SF₆气体的温室效益逐渐被环保专家所重视。1997年，京都会议已将SF₆列为全球六种室气体之一，从此，国内外展开了大量的混合气体研究。

目前来看，较有应用前景的是SF₆/N₂混合气体，从以往的各项研究表明，SF₆/N₂混合气体在放电时并没有新的毒物生成，且对电极表面缺陷的敏感程度较小，因而具有良好的应用前景。

随着SF₆/N2混合气体逐渐替代SF₆纯气作为开关设备绝缘气体，势必会对SF₆开关设备上安装的各类SF₆密度继电器、SF₆在线微水密度监测仪、SF₆远传密度表等监测类设备的应用产生深远影响。

虽然SF₆/N₂混合气体在物理化学特性上与SF₆相似，但还是存在明显的区别，如果依然沿用老的SF₆密度监测设备，不改变其核心算法，一定会造成测量误差的增大，无法满足相关国标计量要求。如果这样的设备安装到现场，轻者混合气体的各项参数指示不准确，严重的则会出现设备误动作、误报警等情况，严重威胁SF₆开关设备的安全运行。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法，该系统能够实现SF6/N2混合气体密度的实时测量，满足类似应用环境下的监测、检验需求，监控高压开关设备的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，包括主控单元、气体传感检测单元和气体浓度检测单元，气体传感检测单元和气体浓度检测单元分别通过数据信号线与主控单元连接，气体浓度检测单元的检测端和气体传感检测单元均设置在高压开关设备。

六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统的监测方法，包括以下步骤：

1）将气体传感检测单元和气体浓度检测单元安装到高压开关设备上，确保密封的严实；

2）高压开关设备在正常运行过程中，主控单元通过气体传感检测单元获取SF₆/N₂混合气体的温度T和混合气体的压力P两种数据，气体浓度检测单元实时获取高压开关设备中SF₆/N₂混合气体的浓度比C₀；

3）在获得混合气体的温度T、混合气体的压力P和混合气体的浓度比C₀数据的基础上，通过一种复杂的多元复合算法以及下面的方程式（1）求得被测气体的密度值，从而计算出混合气体的实时密度，实时密度实际是混合气体的压力P，行业内习惯称为密度，并在主控单元的显示器上显示；

（1）

其中：

P，混合气体的压力，单位MPa；

ν，混合气体的比容，单位m³/kg，在数值上等于密度的导数，即ρ=1/ν；

T，混合气体的温度，单位K；

C₀，混合气体的浓度比；

R，气体常数，单位为J/(kg*K)，数值为296.69；

A0，M-H方程常数，单位为N*m⁴/kg²，数值为173.54；

B0，M-H方程常数，单位为m³/kg数值为1.8011E-3；