變電站三通式SF6高壓斷路器氣體充氣裝置的研制

郭建峰，張思遠，周剛

（國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興314000）

SF6氣體作為絕緣介質已廣泛地應用于電力設備中，如高壓斷路器、互感器和GIS等。在220 kV變電站中，由于設備生產工藝存在瑕疵、室外早晚溫差過大及設備投運時間過長而出現的設備老化等原因，每年都有SF6高壓斷路器出現漏氣問題須要檢修人員去現場解決。

隨著電網的不斷發展建設，公司對電力員工檢修效率和電力設備正常運行率要求越來越高，對斷路器所帶的輔助設備要求也越來越嚴格并且提出了更強的需求，為了滿足SF6氣體充氣時間盡可能縮短，研制一種安全高效的SF6高壓斷路器氣體充氣裝置極為重要。

1 現狀分析

據統計，SF6高壓斷路器補氣時通常采用人工充氣方式，雖然充氣工作較為簡單，但每次SF6充氣時由于設備生產廠家及出廠時間不同，所須準備的充氣接頭種類也大有不同，這使得檢修人員需要準備多種充氣接頭以備萬一，工作效率較低，難以保證斷路器安全穩定運行的需求。

針對充氣工作各流程環節進行統計分析，可以知道充氣流程共8個環節，包括充氣接頭準備、SF6氣瓶準備、充氣管準備、活動扳手準備、匹配充氣接頭、連接氣瓶、充氣及拆下接頭，充氣工作時間如下：

統計得到各環節耗時情況，如圖1所示。

圖1 充氣流程各環節平均耗時情況

通過計算可知，TΣ充氣工作=17+6+3+2+18+6+27+3=82(min)。

基于上述統計分析，由于SF6氣瓶準備、充氣管準備、活動扳手準備、連接氣瓶、充氣及拆下接頭6個環節耗時間較短且已高度精益化，無法對其進行時間壓縮，故而主要針對充氣接頭準備及匹配時長開展耗時縮短的研究。

2 技術方案

2.1 制定方案

為了實現SF6高壓斷路器的快速補氣，研究人員對現場作業條件、人員精力及使用需求等進行調研分析，借鑒了水管三通閥門開關三向聯通、接頭可靠、流向可控和密封良好等結構特點，設計了一種適用于多種SF6高壓斷路器補氣作業的三通式SF6高壓斷路器氣體充氣裝置。本裝置通過對三通管種類、三通管材質、止回閥門、充氣接頭種類、充氣接頭材質及防塵蓋6個模塊細化分解，進而實現對變電站SF6高壓斷路器快速充氣，節省人力物力，保證電力設備正常運行。

2.2 方案實施

針對總體方案劃分的6個模塊，小組成員其進行質量要素的抽取，如表1所示。

表1 質量要素抽取

通過L型矩陣評估方法，得到各個模塊選擇的主要特性。如表2所示。

通過對方案的進一步細化分解，并對主要參數、現場需求及優缺點對比分析最終確定細化后最終方案，如圖2所示。

圖2 方案分解細化圖

步驟一：尺寸大小應適中，方便拆裝；形狀盡可能簡單，既方便加工又便于現場工作，完成三通管種類模塊的選擇，調研三通管形狀類別，模擬現場工作時間，選擇合適的T型三通管，確保滿足方案須求。

步驟二：材料拉伸強度較高；材料硬度適中；材料抗腐蝕性盡可能好，完成三通管材質模塊的選擇，驗證材料性能，測試實用效果，選擇合適的304不銹鋼管，確保滿足方案須求。

步驟三：止回閥門方便開通及關斷，穩定性高；體積不可大于三通管任意一端；能有效控制氣體流向，完成止回閥門模塊的選擇，調研各種閥門功能結構，實地測量閥門尺寸大小，試驗驗證閥門開斷時間，選擇合適的旋啟式止回閥，確保滿足方案須求。

步驟四：依據目標現場實用補氣時間短；接頭充氣率高；充氣接頭樣式簡單，完成充氣接頭材質模塊的選擇，試驗驗證現有常用接頭充氣所用時間，并分析記錄其充氣率，選擇合適的旋擰式充氣接頭，確保滿足方案須求。

步驟五：接頭材質硬度高；接頭原材料價格合理，完成充氣接頭材質模塊的選擇，市場調研各種合適材料，對符合的材料進一步性能驗證，選擇合適的黃銅材料，確保滿足方案須求。

步驟六：使用方便，安裝時間盡可能縮短；防塵蓋安裝破損率低，調研市場上常用防塵蓋種類，選擇合適的類型，現場試驗并統計安裝破損率，選擇合適的旋擰式防塵蓋，確保滿足方案需求。

步驟七：依據方案所選，選購合適配件及材料并進行裝置集中生產設計，如圖3所示。

圖3 裝置組裝圖

3 現場應用

采用三通式SF6高壓斷路器氣體充氣裝置對立峰變、海塘變等多個變電站中SF6高壓斷路器進行SF6氣體補氣作業并對作業時間進行記錄，經統計對比后發現，在使用三通式SF6高壓斷路器氣體充氣裝置后，SF6高壓斷路器氣體補氣時間由投入使用前的82 min縮短為51.2 min，前后檢修時間差高達30.8 min，SF6充氣效率提升了38%，極大地縮短了高壓斷路器充氣流程，提升了供電可靠性，保障了電網安全穩定運行，取得了立竿見影的效果。如圖4所示。

圖4 現場應用

4 效益分析

三通式SF6高壓斷路器氣體充氣裝置的成功應用帶來了安全效益、經濟效益及社會效益等三方面顯著效益。

4.1 安全效益

本裝置的應用一方面大幅提升了SF6高壓斷路器的補氣效率，提高變電設備的運行可靠性，保障居民生活用電安全；另一方面快速地消除了現場安全隱患，提升了電網安全風險防控能力，確保了電網安全可靠供電。

4.2 經濟效益

本裝置使用方便，能夠更加合理安排人力物力，減少搶修時間，高效地完成SF6氣體充氣工作，減少各類傳統充氣接頭備品備件，節約購置費用。

4.3 社會效益

本裝置的應用一方面使得公司形象得到極大提升，提升了供電可靠性，保障電網安全穩定運行，為萬家燈火保駕護航；另一方面對環境友好，充氣率更高，漏氣率更低，減少了SF6廢氣排放，減少了對環境的污染。