基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置研究

袁镜江 吴树平 李志钿 曾宪文

摘  要：传统SF6气体过滤装置，在进行SF6气体过滤时过滤效率低。针对这一问题，进行基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置研究。通过设计取样管，在入口以及出口分别设有第一自封接头和第二自封接头，避免由于流量波动而引起过滤偏差。利用高效过滤器，实现SF6气体取样以及气体检测功能的整合，避免由于SF6气体多次抽取以及输入的过程中所造次的二次污染，进一步提高SF6气体过滤效率。设计实验，结果表明，设计的过滤装置过滤效率明显高于对照组，高出一半左右。

关键词：傅里叶变换  SF6  二次污染  气体过滤装置

中图分类号：TG115.28           文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）07（c）-0083-03

Abstract： The traditional SF6 gas filtration device has low filtration efficiency when performing SF6 gas filtration. In response to this problem， the SF6 gas filter device based on Fourier transform was studied. By designing a sampling tube， a first self-sealing joint and a second self-sealing joint are provided at the inlet and the outlet， respectively， to avoid filtration deviation due to flow fluctuations. The use of high-efficiency filters enables the integration of SF6 gas sampling and gas detection functions to avoid secondary pollution caused by the multiple extraction and input of SF6 gas and further improve the SF6 gas filtration efficiency. The design experiment shows that the filtering efficiency of the designed filter device is significantly higher than that of the control group， and is about half higher.

Key Words： Fourier transform;SF6;Secondary pollution;Gas filter device

1  基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置研究

基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置，其特征在于依次连通的真空泵、初效过滤器、取样管、压缩机以及FTIR分析仪[2]。SF6气体过滤装置具体电路情况，如图1所示。

通过图1可知，真空泵采用双级旋片式真空泵，抽真空速率为4L/s。SF6压缩机要求为CA-0300封闭压缩机，理论排气量：12m/h;最大排气压力：2.5MPa;最小吸气压力：50KPa;最大吸气压力：0.35～0.8MPa;功率为2.2kW;电源为380V。50Hz压缩机可将SF6气体直接压缩成液态储存SF6储罐内（或采用辅助制冷压缩储存），从而实现SF6气体的无油快速过滤。

1.1 设计取样管

SF6气体过滤装置中的取样管包括取样管本体，基于傅里叶变换设计的取样管在入口以及出口分别设有第一自封接头和第二自封接头[3]。由于傅里叶变换存在多种不同的变体形式，因此，设计的第一自封接头和第二自封接头分别与初效过滤器和流量调节阀连通。本发明所述基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置，根据分子筛和氧化铝颗粒的大小选择来提高过滤效果，针对吸附水或者吸附SF6分解产物，如何分配分子筛和氧化铝的比例，使其吸附更理想效过滤器用于对外界环境中的气体进行过滤，避免杂质进入到FTIR分析仪。取样管用于采集SF6气体样品，该SF6气体样品在流量调节机构的控制下直接输入到FTIR分析仪。这样一来，还能够避免由于流量波动而引起过滤偏差。在SF6气体过滤前，需要用真空泵将气罐中的气体抽走，制造真空状态，再将净化后的SF6气体充回气室内，直到气室压力发到工作标准为止[4]。以上操作可通过两步来实现，第一，巧妙运用SF6儲罐压力，让罐内气体流向SF6开关，以预设的充气压力作为极限值，当达到该值时，即停止气体传递;第二，当SF6储罐压力与SF6开关压力平衡时，再采用压缩机进行加压充气，直至达到预定充气压力。

1.2 完成SF6气体过滤装置设计

在SF6气体进行过滤时，是采取用多少取样多少的原则，不会浪费多余的取样气体，这样的设计减少了所述基于傅里叶变换的全相位数据预处理步骤。SF6气体分解产物过滤装置检测所需的气体量[5]。根据所加窗函数的情况，全相位数据预处理可分为无窗全相位预处理、单窗全相位预处理和双窗全相位预处理三种，其原理相同，但三者中无窗全相位预处理更简易，因此文中采用无窗全相位数据预处理方法设计SF6气体过滤装置。SF6气体过滤装置在使用中，首先使用压缩机高压冷凝液化SF6气体，再通过热交换器辅助SF6气体进行回收和回充操作[6]。在充气时经缓冲，进行SF6气体过滤。SF6气体过滤装置的主要性能及技术参数包括：

装置极限真空度≤133Pa（特别要求可≤5Pa）;装置抽真空速率55m³/h以及装置充气初压力<133Pa[7]。

综上所述，本文设计的基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置实现了气体取样和气体检测功能的整合，避免了气体多次抽取和输入的过程中所造次的二次污染，进一步提高SF6气体过滤效率。在SF6气体过滤装置使用前，必须检查各连接部分正确与否，接口密封;设备元件油位合适;真空泵不得反转;设备有气体压力时不能看真空度开V9;过滤器滤芯工作5000h更换。分子筛10000h更换;回收气体时可以提前15～30min开制冷系统以及制冷系统打开时会有少量冷凝水排出，可适当处理。

2  对比实验

2.1 实验准备

本次对比实验选择10瓶50L钢瓶SF6气体为实验对象，将每个钢瓶按照1-10的顺序进行排序。

结合表1信息，实验所用SF6气体的纯度不能高于99.8%;露点不能超过-48.5℃。再准备一个真空的50L钢瓶作为实验检测装置，真空标准必须达到10Pa以下，分别使用传统SF6气体过滤装置以及本文设计SF6气体过滤装置进行对比实验，将两种过滤装置过滤后的SF6气体装入真空的50L钢瓶，设置传统的过滤装置为实验对照组。实验主要内容为测试两种过滤装置的过滤效率，从而评定过滤效率更高的过滤装置。

2.2 实验结果分析与结论

根据上述设计的实验步骤，采集实验数据，将两种过滤装置下的过滤效率进行对比。为更加直观地表现出两种过滤裝置在过滤效率方面的差异，将两种过滤装置下得出的过滤效率以统计图的形式进行对比，对比结果如图2所示。

通过图2可得出如下的结论：本文设计的过滤装置过滤效率明显高于实验对照组，过滤效率相比对照组高出近一半左右。通过实验结果证明，所设计的过滤装置其各项功能均可以满足设计总体要求，可以广泛应用于SF6气体过滤方面。

3  结语

通过基于傅里叶变换的SF6气体过滤装置研究，要求SF6气体过滤必须充分发挥傅里叶变换优势，提升高效过滤器精度。通过实验证明，本文设计过滤装置在过滤效率中的具体优势已经显现出来。过滤效率的高低是决定SF6气体过滤装置性能的主要衡量标准，而针对SF6气体过滤装置进行基于傅里叶变换的优化设计可以大幅度提高过滤效率。引进傅里叶变换的SF6气体过滤装置不但能够完成传统SF6气体过滤装置所不能完成的任务，还能以傅里叶变换为核心技术，为SF6气体过滤装置领域的研究提供学术意义。

参考文献

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