SF6設備多功能全自動充補氣裝置的研制與應用

李　揚，王光輝，張衛東，劉　勇，王　倩，杜國棟

(1.國網河北省電力公司滄州供電分公司，河北　滄州　061000;2.石家莊市耐斯特科技有限公司，石家莊　050071)

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SF6設備多功能全自動充補氣裝置的研制與應用

李揚1，王光輝1，張衛東1，劉勇1，王倩1，杜國棟2

(1.國網河北省電力公司滄州供電分公司，河北滄州061000;2.石家莊市耐斯特科技有限公司，石家莊050071)

摘要：針對SF6氣體補氣作業流程復雜且作業精細難度大的問題，提出研制SF6設備多功能全自動充補氣裝置，分析SF6設備概況及充氣作業中存在的具體問題，介紹該裝置的結構設計方案和功能要求，通過應用數據說明該裝置在現場工作中提高了充氣精度，改善了工藝水平。

關鍵詞：SF6氣體；充氣作業；PLC控制器；自動控制

SF6電氣設備具有容量大，操作次數多，運行穩定可靠，維護方便等特點，因此，SF6設備取代了油設備成為當前變電站主流設備。SF6設備長時間運行需要補充SF6氣體，SF6氣體充入變電設備中不能含有水分，對作業環境要求高，而且SF6氣體價格昂貴，泄漏后污染環境。因此為提高SF6充氣作業工藝，減少水分侵入，最大程度減少SF6氣體排放，降低作業難度，國網河北省電力公司滄州供電分公司(簡稱“滄州公司”)研制了SF6設備全自動充補氣裝置。

1概述

由于受制造工藝、密封件老化、設備故障、氣候環境等因素的影響，密封在設備內的SF6氣體會有所泄漏，設備內SF6氣體壓強降低，造成SF6設備的絕緣和滅弧能力大幅下降，嚴重時會造成設備爆炸，因此當SF6設備內的壓力監測裝置發出低壓報警時需要及時給設備補充SF6氣體[1]。

當前滄州公司共有SF6設備1 980臺，全年共進行SF6設備補氣作業200余次，且呈逐年增長趨勢。下一年度滄州公司SF6設備預計增加至2 000余臺，隨著SF6設備的增加，針對SF6設備充氣作業工作量也會增加。

2SF6設備人工充氣作業存在的問題

目前，SF6設備充氣作業需要3人，1人操作SF6氣瓶，1人觀測氣體壓強，1人監護。采用人工操作，在作業過程中容易出現以下問題[2]。

a. 水分侵入。在進行充補氣作業時，要求環境濕度小于80%，需要提前沖洗軟管并將管路密封良好。在這些環節中，由于人為和環境等原因會造成管路密封不嚴，軟管沖洗時間不充分，環境濕度較大等情況出現，造成潮氣進入，對設備安全運行構成潛在危害。

b. 管路凍結。因壓力差變化等原因，工作人員很難準確控制充氣流量大小，充氣流量過大，會導致SF6氣體短時吸收大量熱而使管路驟冷結冰、開裂，使管路中SF6氣體進入大氣，不僅浪費原料，而且污染環境。充氣流量小雖然可以防止此現象，但會大大延長工作時間。

c. 反復充放氣。因為觀測氣體壓強和操作氣瓶為2個人，在2個人配合過程中存在一定的延遲，這個延遲將會導致充氣精度難控制。當首次充氣量低于預定值時，需要人員配合再次補氣；而超過預定值，還要放出來，造成環境污染，如果放多了還要繼續補氣。

3SF6設備多功能全自動充補氣裝置的研制

3.1結構設計

該設備實施充補氣時需要配合充補氣軟管、接頭箱、SF6氣瓶，該設備實物如圖1所示。

圖1　SF6設備多功能全自動充補氣裝置及配件

該設備使用置于連接管路內的壓強傳感器與溫度傳感器采集數據，然后傳入PLC控制單元進行運算分析，根據運算來控制比例電磁閥的開啟大小。設充氣初始壓強為P1，充氣合格壓強為P2，取開關合格壓力為0.6 MPa，低壓報警0.5 MPa，真空充氣約為0 MPa進行計算分析，在常溫20 ℃，氣態壓強0.6 MPa時，SF6的密度為47 kg/m3，當前充補氣管路直徑d為8 mm，設定氣瓶出口壓強為0.6 MPa，根據氣體流量公式(1)，計算結果見表1。

(1)

密度繼電器每小格是0.02 MPa，通過減壓閥，氣瓶側出口壓強設為0.6 MPa，以110 kV開關測量抽真空后，壓強從0.133 MPa到0.02 MPa約20.3 s，補氣從0.5 MPa到0.52 MPa約125 s，由實際測量可見氣流運動緩慢。

表1常溫SF6氣體流量

工作壓強/MPa密度/(kg·m-3)截面積Sd/m2流量qv/(L·min-1)補氣P2=0.6P1=0.5475.024×10-5196.53充氣P2=0.6P1=0475.024×10-5481.70

集成的溫、濕度傳感器，SF6傳感器實時監測外部工作環境，與標準化作業模塊共同輔助作業人員進行作業，還可通過無線遙控器實現啟、停等操作，該設備原理如圖2所示。

圖2　SF6設備多功能全自動充補氣裝置原理示意

3.2功能設計

該設備使用壓強、溫度、濕度等多個傳感器，將充補氣流程編寫成操作程序置于PLC控制內實現自動控制，用機器代替人工操作，實現了SF6充補氣作業的自動化和精確化。

a. 作業流程程序化，操作步驟自監督。嚴格依據相關技術導則編寫操作程序植入芯片，編輯人機對話界面，并借助語音、文字提示，以及管路連接檢測并結合濕度傳感器取樣、高密封性接頭的使用，有效防止誤操作、漏操作、不規范操作以及水分侵入。

b. 充氣流量可控化，進氣通道自調節。在充補氣時利用壓強傳感器和溫度傳感器，實現氣瓶側與設備側壓強差和溫度的檢測，并傳遞到PLC控制單元中。根據壓強差和溫度來控制充氣口的開口大小，即壓強差越大、溫度越低開口越小，從而降低流量，防止補氣管結冰甚至爆裂泄漏。

c. 充氣精度精益化，補氣達標自分斷。充補氣過程中，對設備側壓強進行實時監測，當達到額定壓力值時，自動關閉進氣通道，停止充氣，實現充補氣的快速斷開，避免發生過充或欠充。

4應用效果

自動充氣誤差控制在±0.002

MPa。該設備的使用避免了因人員配合不及時而導致的反復充、放氣情況的發生。設備平均補氣用時由原來的3人40 min縮短為2人15 min，設備停電真空充氣由原來的3人1.5 h縮短為2人45 min，壓強傳感器與SF6傳感器的應用，以及氣瓶閥門的自動關閉，避免了補氣過程中監測不到位或充氣過量造成的SF6氣體泄露，有效防止環境污染以及作業人員人身傷害等情況的發生。

5結束語

隨著SF6設備的廣泛使用，對SF6設備的維護工作量不斷增大，同時依據狀態檢修的要求對維護的工藝質量也不斷增高。SF6設備全自動補氣裝置提供了一種高精度、可控的、標準化、防誤操作、防漏操作的SF6補氣方式，為保障電力行業SF6設備的安全穩定運行提供有力支持，該設備已經在滄州公司檢修試驗、大修技改、缺陷處理、事故搶修等工作中推廣使用。

參考文獻：

[1]鄧永輝，滕樂天，葛兆軍，等.高壓開關設備典型故障案例匯編[M].北京：中國電力出版社,2012.

[2]高凱，李國鈺，張瑞梅，等.SF6氣體在中高壓開關設備中的安全使用[J].電氣應用，2009(2):15-18.

本文責任編輯：齊勝濤

Development and Application of Multifunctional Automatic Filling Device for SF6Equipment

Li Yang1，Wang Guanghui1，Zhang Weidong1，Liu Yong1，Wang Qian1，Du Guodong2

(1.State Grid Hebei Electric Power Corporation Cangzhou Power Supply Branch,Cangzhou 061001,China;2.Shijiazhuang Neste Technology Co.Ltd.，Shijiazhuang 050071,China)

Abstract:For the problem of process complexity and precision control for filling SF6gas,researching multifunctional and automatic filling device for SF6equipment is proposed,SF6equipment overview and concrete problems existing in filling SF6gas is analyzed,the structure design and functional requirements of multifunctional and automatic filling device for SF6equipment are introduced,the application data shows that the equipment in the field work can increase the filling accuracy,and can improve the level of technology.

Key words:SF6gas;filling gas;PLC controller;automatic control

收稿日期：2016-03-29

作者簡介：李揚(1984-)，男，工程師，主要從事變電檢修等相關工作。

中圖分類號：TM564

文獻標志碼：B

文章編號：1001-9898(2016)03-0028-02