基于智能控制GIS設備抽真空裝置的研究與應用

韓煦　蔣威　胡卡　張寧　衛健　劉文彬

摘? 要：變電站斷路器、GIS設備解體大修是開關技改大修的主要工作，其中抽真空是解體大修工作中保證罐體內SF6氣體純度及含水量的重要環節。抽真空工作作業時間長，流程控制復雜，在以往的工作中主要依靠人工進行記錄及控制。在多臺真空泵同時工作時，操作量較大，容易發生記錄不到位、操作混亂、異常情況處理不及時的情況。研究如何對抽真空工作進行自動化記錄及控制具有重要意義。

關鍵詞：智能控制;GIS設備;抽真空

中圖分類號：TM591? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）29-0171-02

Abstract： The disintegration and overhaul of substation circuit breakers and GIS equipment is the main work of switch technical renovation and overhaul. Vacuum extraction is an important link to ensure the purity and water content of SF6 gas in tank during disintegration and overhaul. Vacuum pumping work takes a long time and its process control is complex. In the past work， manual recording and control are mainly used. When many vacuum pumps are working at the same time， the operation load is large， and it is easy to occur that the records are not in place， the operation is chaotic， and the abnormal situation is not handled in time. It is of great significance to study how to record and control the vacuum pumping automatically.

Keywords： intelligent control; GIS equipment; vacuum extraction

引言

隨著電力技術及電網建設的迅速發展，對電力設備的性能要求越來越高。體積小巧、操作方便、結構簡單且長期使用可靠性高的氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）需求量逐年增多。隨著使用年限的增加，GIS設備不可避免的會出現問題，對電網安全穩定運行帶來了極大隱患，有必要對GIS設備進行解體大修，而在大修過程中，抽真空是保證GIS氣室內SF6氣體純度及含水量的重要環節。在以往的抽真空工作中主要依靠人工進行記錄和手動控制，當多臺真空泵同時工作時，操作量較大，出錯率較高，上述問題一直困擾著操作人員。有必要研制一套抽真空自動裝置，自動完成整個抽真空作業流程，減少操作人員的工作量，提高效率和安全性。

1 抽真空介紹

抽真空的目的有2個：真空檢漏和抽出設備內的空氣及潮氣。

1.1 GIS抽真空的方法及注意事項

用高壓軟管連接抽真空設備和GIS的某一氣室，然后啟動真空泵，運轉數分鐘后打開進氣閥，開始抽真空。停止抽真空時，應先關閉進氣閥，再停止真空泵的工作。若先停真空泵，后關進氣閥，可能導致真空泵中的油反流向被抽真空的氣室內。抽真空時，嚴禁操作人員遠離設備以防停電造成真空泵油倒流入被抽真空的設備內。同時也要注意抽真空設備的選擇，盡量選用抽真空度高，速度快、帶有防止油倒流的設備和高精度數顯真空表，以防返工耗時。

1.2 真空檢漏

當氣室內真空度至50Pa時，停止抽真空。然后維持2h，進行真空保持和真空度比較檢漏。如果氣室真空度不變，證明氣室密封良好。如果發現真空度下降，則要找到漏氣點，進行處理。一般采用氣泡法檢漏，即給真空檢漏不合格的氣室充入高純氮氣至0.3MPa，然后靜置2h，用肥皂水涂滿所有密封面及焊縫處，根據肥皂水在漏氣點產生的氣泡而發現漏點。對發現漏點的氣室進行妥善處理后，要再次進行抽真空和真空檢漏的步驟，直到檢漏合格。

2 硬件實現原理

為了實現自動控制，采用高性能ARM處理器為控制核心，液晶顯示觸控屏為人機交互顯示界面，通過觸控屏實時顯示真空度，同時可以設置自動控制的各項參數。各部分功能如下：

（1）信號采集電路：通過真空度傳感器對真空度進行采集，對采集到的模擬信號進行處理，然后上傳給CPU主控單元。

（2）CPU處理單元：采用先進的ARM處理器平臺對采集到的信號進行AD轉換處理，送觸摸屏顯示，同時根據計算的真空度按照抽真空的工藝流程控制繼電器的開合，從而控制GIS抽真空設備電磁閥的開合，完成抽真空流程。

（3）液晶觸控屏：通過液晶觸控屏設置相應的參數，包括真空度閾值，靜置時間等參數。

（4）繼電器開出單元：通過繼電器的開出觸點控制電磁閥的開閉。

（5）485通訊接口：將采集到的數據或系統狀態通過485總線傳至后臺。

（6）電源部分：采用三相四線供電，給整個系統提供供電電源。

（7）三相缺相檢測：三相斷相檢測電路實時檢測是否有斷相，并將斷相信號傳給CPU告警。

該裝置跟GIS抽真空設備連接，真空傳感器連接至裝置的信號采集電路，裝置的繼電器開出節點連接至GIS設備的電磁閥，控制電磁閥的開合。通過液晶觸控屏設置好試驗參數，就可自動完成抽真空的整個作業流程，并記錄下相關數據和曲線，同時也可以通過485總線傳給后臺服務器系統。

3 軟件控制流程

3.1 GIS設備氣室真空處理的工藝標準

《氣體絕緣金屬封閉開關設備現場交接試驗規程》對GIS設備抽真空作業有具體規定： 當試品抽真空到真空度達到113Pa時開始計算時間，維持真空泵運轉至少在30min以上;停泵并與泵隔離，靜觀30mim后讀取真空度a;再靜觀5h以上，讀取真空度b，當b-a≤67Pa（極限允許值113Pa）時，則認為抽真空合格，試品密封良好。

3.2 軟件控制流程圖

軟件控制流程按照GIS設備氣室真空處理的工藝標準來編寫，ARM處理器實時采集GIS設備氣室的真空度，根據真空度來做出相應的邏輯判斷，控制抽真空設備內電磁閥的開合，從而控制整個抽真空流程，判定抽真空是否合格，試品氣密性是否良好。軟件設計主要包含以下內容：

（1）顯示界面：實時顯示采集的真空度。

（2）設置界面：設置真空度閾值，靜置時間，數據保存時間等參數。

（3）控制和告警功能：根據采集到的真空度控制抽真空設備電磁閥的開合，根據工藝流程利用定時器做相應的延時，再根據真空度判定抽真空是否合格，當試品不合格時聲光報警。

（4）數據記錄曲線繪制功能：按照系統配置的參數定時記錄采集到的真空度，并繪制成曲線，方便分析。

（5）通信功能：本裝置配備有RS485通信接口，可以將采集到的數據以及系統抽真空運行的狀態傳給后臺服務器，可以遠程查看。

4 試驗結果

如表1，使用該裝置在110kV變電站GIS解體大修中，配合抽真空設備抽真空工作正常。

5 結束語

抽真空是變電站斷路器、GIS設備解體大修中的重要環節，本裝置配合GIS抽真空設備在GIS設備解體大修抽真空作業中，應用良好。降低了人員工作量和抽真空過程中的出錯率，提高了工作效率和安全性。

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