大型SF6設(shè)備如何快速充氣·

李金明 劉靜 壽慶江 江山

摘 要:SF6氣體是一種應(yīng)用于高壓設(shè)備極好的氣體電介質(zhì),它已廣泛應(yīng)用于斷路器、GIS、變壓器等電氣設(shè)備。大型SF6設(shè)備需要現(xiàn)場組裝、現(xiàn)場充氣。目前大型設(shè)備充SF6氣體是一個比較困難的問題,充氣速度慢,鋼瓶內(nèi)剩余SF6氣體量大,造成嚴(yán)重浪費(fèi)。通過水循環(huán)加熱法,控制充氣速度,極大的減少了充氣時間,并且使SF6氣體得到充分利用。這種充氣方法簡單,易于操作,具有很大的應(yīng)用價值和經(jīng)濟(jì)價值。

關(guān)鍵詞:快速高效充分利用社會價值經(jīng)濟(jì)價值

中圖分類號:TM5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0062-02

1引言

SF6是一種應(yīng)用于高壓設(shè)備極好的氣體電介質(zhì),它已廣泛應(yīng)用于斷路器、GIS、變壓器等電氣設(shè)備。SF6氣體的耐電強(qiáng)度高、滅弧能力強(qiáng)、通常無液化問題、化學(xué)穩(wěn)定性好,它是現(xiàn)今為止最理想的絕緣和滅弧介質(zhì)。GIS等組合電氣設(shè)備需要大量的SF6氣體,并且這些設(shè)備一般都在現(xiàn)場組裝,現(xiàn)場充氣。目前大型設(shè)備充SF6氣體是一個比較困難的問題。主要問題有,(1)充氣速度太慢,延誤組裝時間,大大加長了施工工期;(2)SF6鋼瓶內(nèi)剩余大量SF6氣體,造成嚴(yán)重浪費(fèi),增加了電力成本。

2SF6設(shè)備充氣難的原因

SF6氣體在鋼瓶內(nèi)呈液態(tài)儲存,經(jīng)減壓閥變成氣態(tài)后充入電氣設(shè)備,這種充氣過程在物理學(xué)上稱為汽化。液體中分子的平均距離比氣體中小得多,汽化時分子平均距離加大、體積急劇增大,需克服分子間引力并反抗大氣壓力作功。因此,汽化需要吸收熱量,汽化所需熱量可以由自身、周圍物體或周圍環(huán)境提供,當(dāng)提供的熱量不能滿足汽化需要的熱量時,液態(tài)物體的自身溫度就要降低,液態(tài)SF6溫度降低,汽化的速度就會減慢,也就是充氣的速度減慢了。當(dāng)液態(tài)SF6溫度降到凝固點以下時,SF6就會變成固態(tài),這時汽化的速度就更慢了。我們看到的現(xiàn)象就是:SF6鋼瓶下部會結(jié)一層厚厚的冰,如果我們向鋼瓶上潑些水,水會立刻結(jié)成冰,這就說明此時鋼瓶內(nèi)部遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于零攝氏度,充氣幾乎停止。

這種現(xiàn)象在冬季最為明顯,因為冬季氣溫低。將一個滿瓶的SF6鋼瓶接入設(shè)備進(jìn)行充氣,當(dāng)充氣進(jìn)行大約5分鐘左右時,鋼瓶下部就會開始結(jié)冰,充氣速度明顯減慢。到8分鐘左右時結(jié)冰就已經(jīng)很厚,充氣基本停止。在夏季的時候,雖然氣溫比較高,但在充氣到7分鐘左右時,鋼瓶底部也會開始結(jié)冰,充氣速度明顯減慢。到10分鐘左右時,結(jié)冰會變厚,充氣基本停止。這時我們就只能將冰凍的鋼瓶卸下,換上一個新的鋼瓶繼續(xù)充氣。這個被冰凍的鋼瓶內(nèi)還有大約60%以上的氣體,如果我們棄之不用,那么我們就浪費(fèi)了大量的SF6氣體。SF6氣體是很昂貴的,這樣就大大增加了電力設(shè)備的成本。如果將鋼瓶放在陽光下,讓其自然融化,則需要很長的時間。在夏季至少要放置3小時以上才能再次使用,在冬季至少要放置5小時以上才能繼續(xù)使用。GIS設(shè)備需要大量的SF6氣體(不同廠家的設(shè)備需要氣體量不同,假設(shè)一個GIS電氣間隔需要2瓶SF6氣體,一個GIS共10個電氣間隔),一個電氣間隔用3-4瓶氣體進(jìn)行輪流充氣,當(dāng)鋼瓶底部結(jié)冰,速度慢了就換上其他的鋼瓶繼續(xù)充氣。當(dāng)設(shè)備間隔內(nèi)氣體壓力增加后,由于鋼瓶內(nèi)的壓力與電氣間隔內(nèi)SF6氣體壓力差減小,也會減慢充氣速度。把一個電氣間隔充到標(biāo)準(zhǔn)壓力至少需要5～6小時。一個GIS組合電氣完全充完氣體就需要50～60個小時,冬季所需時間會更長,并且每個鋼瓶內(nèi)都會剩余大量的SF6氣體,會造成大量浪費(fèi)。并且需要多次更換充氣鋼瓶,有可能對設(shè)備內(nèi)SF6氣體的微水含量造成影響。

3減少充氣時間的方法

怎么才能減少充氣時間,減少鋼瓶內(nèi)剩余的氣體量,一直是現(xiàn)場充氣需要解決的問題。各大型電氣設(shè)備廠家和供電施工單位使用了很多方法,雖然提高了一點充氣速度,但仍然有很大缺點。

方法一:在充氣的同時,用木柴等可燃物直接對鋼瓶底部加熱。這種方法可以提供鋼瓶內(nèi)SF6汽化所需的熱量,但會將SF6鋼瓶底部燒黑,不利于廠家對鋼瓶的回收,并且木柴燃燒產(chǎn)生的熱量大且不均勻,鋼瓶內(nèi)溫度極低,由于局部劇烈受熱,很可能導(dǎo)致SF6鋼瓶爆炸,因此這種方法是不可行的。

方法二:在充氣的同時,用電熱毯等加熱設(shè)備裹住SF6鋼瓶,用電熱毯通電后產(chǎn)生的熱量來提供鋼瓶內(nèi)SF6汽化所需的熱量。由于電熱毯功率小,不能平衡鋼瓶內(nèi)SF6汽化所需的熱量。并且鋼瓶底部結(jié)冰后,電熱毯將冰融化產(chǎn)生的水會使電熱毯受潮,甚至短路,燒毀,發(fā)生火災(zāi),這種方法也是不可行的。

方法三:在充氣的同時,將鋼瓶放到大功率的取暖設(shè)備上。這種方法由于鋼瓶受熱面積小,也只能提供一部分汽化所需的熱量,并且也只是局部受熱仍然可能造成鋼瓶的爆炸。這種方法也是不可行的。

方法四:在充氣的同時,用噴燈的火焰烘烤鋼瓶表面。鋼瓶用起重設(shè)備吊起,噴燈的火焰均勻的在鋼瓶表面行走,這樣不至于使鋼瓶因局部受熱而爆炸,但現(xiàn)場操作起來比較困難,需要起重設(shè)備和專人使用噴燈烘烤。并且噴燈的火焰不能平衡鋼瓶內(nèi)SF6汽化需要的熱量。在冬季的時候,用這種方法充氣,8分鐘左右鋼瓶底部就會出現(xiàn)結(jié)冰,10分鐘左右就基本停止充氣。這種方法仍然沒有有效的解決充氣時間長和鋼瓶內(nèi)剩余氣體多的難題。

4水循環(huán)加熱法

我們通過多次GIS大型電氣設(shè)備充氣的試驗,現(xiàn)在已基本形成一整套完整的充氣方法,這種方法不僅極大的縮短了充氣時間,并且可以使鋼瓶內(nèi)的氣體使用率在96%以上。用這種方法我們完全充完一個8個間隔的GIS組合電氣設(shè)備,總共使用了17瓶SF6氣體,共用時8個小時。一滿瓶的SF6氣體只需要30分鐘便可以完全充入設(shè)備內(nèi),中間不需要更換其他的鋼瓶,并且充完氣的鋼瓶內(nèi)剩余的SF6氣體量少于4%,這不僅極大的縮短了充氣所需的時間,且充分的使用了SF6氣體,大大減少了電力設(shè)備的成本。減少了更換鋼瓶的次數(shù),同時也減小了對設(shè)備內(nèi)SF6氣體微水含量的影響。

4.1 準(zhǔn)備用品

絕緣膠墊一張、大號塑料水桶(高度大于50cm、桶口直徑大于2倍SF6鋼瓶直徑)1個、熱水器(普通燒水用的熱水器即可,功率在800～1000W每個)8個、起重設(shè)備,便于將鋼瓶吊起(條件不允許的施工現(xiàn)場也可以不用)、220V電源、絕緣橡膠手套2付、溫度計1個。

4.2 充氣的具體步驟

(1)將大號塑料水桶內(nèi)倒入2/3的水,放在絕緣膠墊上。

(2)將待充氣的鋼瓶用起重設(shè)備吊起后,放在水桶內(nèi),水桶內(nèi)的水不溢出即可。鋼瓶的底部不要接觸大號塑料水桶的底部。如果施工現(xiàn)場沒有起重設(shè)備,可以倆個人一起將SF6鋼瓶抬起,直立放入桶的中間部位,底部用磚頭墊起,鋼瓶底部距離桶底留有3-5cm的間隙,便于水的循環(huán)。

(3)在水桶內(nèi)放入4個熱水器,熱水器的使用要按照我們?nèi)粘Ｉ钪袩姆椒?熱水器燒水部分要完全放入水中,且不可以讓水進(jìn)入熱水器的電氣部分。

(4)接好充氣裝置,打開閥門進(jìn)行充氣。

(5)接好熱水器,觀察水的溫度變化,桶內(nèi)水的溫度控制在30～40攝氏度之間。工作人員要帶絕緣橡膠手套,禁止直接用手接觸SF6鋼瓶和熱水器。如果發(fā)現(xiàn)鋼瓶底部結(jié)冰,水桶內(nèi)的水溫度不高時,可以增加1-2個熱水器,增加熱量。如果發(fā)現(xiàn)水桶中水的溫度過高,要及時減少1～2個熱水器,以減少桶內(nèi)熱量。降低水的溫度,可以減慢充氣速度。提高水的溫度可以加快充氣速度。

(6)發(fā)現(xiàn)SF6鋼瓶內(nèi)氣體已經(jīng)很少,充氣困難時。先停熱水器,將熱水器全部拔掉,然后在停止充氣。更換新鋼瓶重復(fù)步驟1～6。

4.3 注意事項

(1)要先打開充氣閥門進(jìn)行充氣,然后在對水加熱。如果先加熱,水可能很快就會沸騰,可能造成鋼瓶內(nèi)氣體溫度過高,壓力過大,鋼瓶爆裂。

(2)通過聽充氣管內(nèi)氣流的聲音和觀察壓力表壓力的變化判斷鋼瓶內(nèi)剩余SF6的數(shù)量。當(dāng)剩余SF6很少,充氣管內(nèi)氣流聲很微弱,充氣困難時,要及時停止充氣。停止充氣要先停止加熱,把熱水器全部拔掉,然后在關(guān)閉閥門停止充氣。

3)操作時要帶絕緣橡膠手套,不要用手直接接觸鋼瓶和電熱器,防止觸電。

4)用起重設(shè)備吊起鋼瓶懸于水桶中,鋼瓶要放穩(wěn),不要左右搖擺,防止鋼瓶將水桶撞倒,鋼瓶底部距離桶底留有3～5cm的間隙,便于水的循環(huán)。

5)水的溫度不易過高,最好控制在30～40℃即可。

6)如果充氣的環(huán)境密閉且空間不大時,打開通風(fēng)裝置,降低室內(nèi)空氣濕度,減小對SF6氣體微水含量的影響。

這種方法是用熱水器加熱水,通過增減熱水器的數(shù)量控制水的溫度,也就是控制向水中輸送的熱量,控制簡單。然后水將熱量傳給放置在水桶中的SF6鋼瓶,由于鋼瓶下半部分放置在水中,鋼瓶溫度很低,水的溫度高,水自然會產(chǎn)生循環(huán),鋼瓶受熱均勻,沒有發(fā)生爆炸的危險。如果工作現(xiàn)場沒有起重設(shè)備,可以在水桶底部放置幾塊磚頭,將SF6鋼瓶墊起,不要將鋼瓶直接放到水桶內(nèi),以免影響鋼瓶底部的水循環(huán),鋼瓶放在磚頭上要放穩(wěn),注意鋼瓶不要發(fā)生傾倒。

由于充氣過程桶內(nèi)水的溫度控制在30～40℃之間,水的溫度很低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的沸騰點,因此桶內(nèi)水的蒸發(fā)量很小,幾乎不會影響整個充氣環(huán)境的濕度。如果充氣環(huán)境密閉且小,可以打開通風(fēng)裝置,降低空氣的濕度。用這種方法對GIS組合電氣設(shè)備充氣完成以后,放置規(guī)定的靜置時間,對GIS組合電氣的每一個單獨氣室進(jìn)行SF6氣體微水含量檢測,SF6氣體微水含量基本在60～80ul/L,小于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)(投入運(yùn)行前的設(shè)備SF6微水含量≤150ul/L)與普通充氣測得的SF6微水含量基本一致。也就是說,用水給SF6鋼瓶加熱并不會影響充入設(shè)備內(nèi)的SF6氣體的微水含量。

5結(jié)語

這種SF6快速充氣方法不受季節(jié)溫度的影響,不受地理環(huán)境的限制,在全國范圍內(nèi)可以普遍的應(yīng)用。這種充氣方法操作簡單,所需設(shè)備簡單。解決了GIS等大型SF6電氣設(shè)備充氣時間長的難題,并且可以將SF6氣體充分應(yīng)用,大大減少了鋼瓶內(nèi)剩余的SF6氣體,大大降低了電氣設(shè)備的成本,有很大的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值,這種充氣方法具有很高的應(yīng)用價值。

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