SF6設(shè)備多功能全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置的研制與應(yīng)用

李　揚(yáng)，王光輝，張衛(wèi)東，劉　勇，王　倩，杜國棟

(1.國網(wǎng)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)

?

SF6設(shè)備多功能全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置的研制與應(yīng)用

李揚(yáng)1，王光輝1，張衛(wèi)東1，劉勇1，王倩1，杜國棟2

(1.國網(wǎng)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(duì)SF6氣體補(bǔ)氣作業(yè)流程復(fù)雜且作業(yè)精細(xì)難度大的問題，提出研制SF6設(shè)備多功能全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置，分析SF6設(shè)備概況及充氣作業(yè)中存在的具體問題，介紹該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和功能要求，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)說明該裝置在現(xiàn)場工作中提高了充氣精度，改善了工藝水平。

關(guān)鍵詞：SF6氣體；充氣作業(yè)；PLC控制器；自動(dòng)控制

SF6電氣設(shè)備具有容量大，操作次數(shù)多，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此，SF6設(shè)備取代了油設(shè)備成為當(dāng)前變電站主流設(shè)備。SF6設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行需要補(bǔ)充SF6氣體，SF6氣體充入變電設(shè)備中不能含有水分，對(duì)作業(yè)環(huán)境要求高，而且SF6氣體價(jià)格昂貴，泄漏后污染環(huán)境。因此為提高SF6充氣作業(yè)工藝，減少水分侵入，最大程度減少SF6氣體排放，降低作業(yè)難度，國網(wǎng)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(shè)備全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置。

1概述

由于受制造工藝、密封件老化、設(shè)備故障、氣候環(huán)境等因素的影響，密封在設(shè)備內(nèi)的SF6氣體會(huì)有所泄漏，設(shè)備內(nèi)SF6氣體壓強(qiáng)降低，造成SF6設(shè)備的絕緣和滅弧能力大幅下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備爆炸，因此當(dāng)SF6設(shè)備內(nèi)的壓力監(jiān)測裝置發(fā)出低壓報(bào)警時(shí)需要及時(shí)給設(shè)備補(bǔ)充SF6氣體[1]。

當(dāng)前滄州公司共有SF6設(shè)備1 980臺(tái)，全年共進(jìn)行SF6設(shè)備補(bǔ)氣作業(yè)200余次，且呈逐年增長趨勢。下一年度滄州公司SF6設(shè)備預(yù)計(jì)增加至2 000余臺(tái)，隨著SF6設(shè)備的增加，針對(duì)SF6設(shè)備充氣作業(yè)工作量也會(huì)增加。

2SF6設(shè)備人工充氣作業(yè)存在的問題

目前，SF6設(shè)備充氣作業(yè)需要3人，1人操作SF6氣瓶，1人觀測氣體壓強(qiáng)，1人監(jiān)護(hù)。采用人工操作，在作業(yè)過程中容易出現(xiàn)以下問題[2]。

a. 水分侵入。在進(jìn)行充補(bǔ)氣作業(yè)時(shí)，要求環(huán)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(huán)節(jié)中，由于人為和環(huán)境等原因會(huì)造成管路密封不嚴(yán)，軟管沖洗時(shí)間不充分，環(huán)境濕度較大等情況出現(xiàn)，造成潮氣進(jìn)入，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行構(gòu)成潛在危害。

b. 管路凍結(jié)。因壓力差變化等原因，工作人員很難準(zhǔn)確控制充氣流量大小，充氣流量過大，會(huì)導(dǎo)致SF6氣體短時(shí)吸收大量熱而使管路驟冷結(jié)冰、開裂，使管路中SF6氣體進(jìn)入大氣，不僅浪費(fèi)原料，而且污染環(huán)境。充氣流量小雖然可以防止此現(xiàn)象，但會(huì)大大延長工作時(shí)間。

c. 反復(fù)充放氣。因?yàn)橛^測氣體壓強(qiáng)和操作氣瓶為2個(gè)人，在2個(gè)人配合過程中存在一定的延遲，這個(gè)延遲將會(huì)導(dǎo)致充氣精度難控制。當(dāng)首次充氣量低于預(yù)定值時(shí)，需要人員配合再次補(bǔ)氣；而超過預(yù)定值，還要放出來，造成環(huán)境污染，如果放多了還要繼續(xù)補(bǔ)氣。

3SF6設(shè)備多功能全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置的研制

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該設(shè)備實(shí)施充補(bǔ)氣時(shí)需要配合充補(bǔ)氣軟管、接頭箱、SF6氣瓶，該設(shè)備實(shí)物如圖1所示。

圖1　SF6設(shè)備多功能全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置及配件

該設(shè)備使用置于連接管路內(nèi)的壓強(qiáng)傳感器與溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，然后傳入PLC控制單元進(jìn)行運(yùn)算分析，根據(jù)運(yùn)算來控制比例電磁閥的開啟大小。設(shè)充氣初始?jí)簭?qiáng)為P1，充氣合格壓強(qiáng)為P2，取開關(guān)合格壓力為0.6 MPa，低壓報(bào)警0.5 MPa，真空充氣約為0 MPa進(jìn)行計(jì)算分析，在常溫20 ℃，氣態(tài)壓強(qiáng)0.6 MPa時(shí)，SF6的密度為47 kg/m3，當(dāng)前充補(bǔ)氣管路直徑d為8 mm，設(shè)定氣瓶出口壓強(qiáng)為0.6 MPa，根據(jù)氣體流量公式(1)，計(jì)算結(jié)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(cè)出口壓強(qiáng)設(shè)為0.6 MPa，以110 kV開關(guān)測量抽真空后，壓強(qiáng)從0.133 MPa到0.02 MPa約20.3 s，補(bǔ)氣從0.5 MPa到0.52 MPa約125 s，由實(shí)際測量可見氣流運(yùn)動(dòng)緩慢。

表1常溫SF6氣體流量

工作壓強(qiáng)/MPa密度/(kg·m-3)截面積Sd/m2流量qv/(L·min-1)補(bǔ)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(shí)時(shí)監(jiān)測外部工作環(huán)境，與標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)模塊共同輔助作業(yè)人員進(jìn)行作業(yè)，還可通過無線遙控器實(shí)現(xiàn)啟、停等操作，該設(shè)備原理如圖2所示。

圖2　SF6設(shè)備多功能全自動(dòng)充補(bǔ)氣裝置原理示意

3.2功能設(shè)計(jì)

該設(shè)備使用壓強(qiáng)、溫度、濕度等多個(gè)傳感器，將充補(bǔ)氣流程編寫成操作程序置于PLC控制內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，用機(jī)器代替人工操作，實(shí)現(xiàn)了SF6充補(bǔ)氣作業(yè)的自動(dòng)化和精確化。

a. 作業(yè)流程程序化，操作步驟自監(jiān)督。嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則編寫操作程序植入芯片，編輯人機(jī)對(duì)話界面，并借助語音、文字提示，以及管路連接檢測并結(jié)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(guī)范操作以及水分侵入。

b. 充氣流量可控化，進(jìn)氣通道自調(diào)節(jié)。在充補(bǔ)氣時(shí)利用壓強(qiáng)傳感器和溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)氣瓶側(cè)與設(shè)備側(cè)壓強(qiáng)差和溫度的檢測，并傳遞到PLC控制單元中。根據(jù)壓強(qiáng)差和溫度來控制充氣口的開口大小，即壓強(qiáng)差越大、溫度越低開口越小，從而降低流量，防止補(bǔ)氣管結(jié)冰甚至爆裂泄漏。

c. 充氣精度精益化，補(bǔ)氣達(dá)標(biāo)自分?jǐn)?。充補(bǔ)氣過程中，對(duì)設(shè)備側(cè)壓強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)達(dá)到額定壓力值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)氣通道，停止充氣，實(shí)現(xiàn)充補(bǔ)氣的快速斷開，避免發(fā)生過充或欠充。

4應(yīng)用效果

自動(dòng)充氣誤差控制在±0.002

MPa。該設(shè)備的使用避免了因人員配合不及時(shí)而導(dǎo)致的反復(fù)充、放氣情況的發(fā)生。設(shè)備平均補(bǔ)氣用時(shí)由原來的3人40 min縮短為2人15 min，設(shè)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(qiáng)傳感器與SF6傳感器的應(yīng)用，以及氣瓶閥門的自動(dòng)關(guān)閉，避免了補(bǔ)氣過程中監(jiān)測不到位或充氣過量造成的SF6氣體泄露，有效防止環(huán)境污染以及作業(yè)人員人身傷害等情況的發(fā)生。

5結(jié)束語

隨著SF6設(shè)備的廣泛使用，對(duì)SF6設(shè)備的維護(hù)工作量不斷增大，同時(shí)依據(jù)狀態(tài)檢修的要求對(duì)維護(hù)的工藝質(zhì)量也不斷增高。SF6設(shè)備全自動(dòng)補(bǔ)氣裝置提供了一種高精度、可控的、標(biāo)準(zhǔn)化、防誤操作、防漏操作的SF6補(bǔ)氣方式，為保障電力行業(yè)SF6設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持，該設(shè)備已經(jīng)在滄州公司檢修試驗(yàn)、大修技改、缺陷處理、事故搶修等工作中推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧永輝，滕樂天，葛兆軍，等.高壓開關(guān)設(shè)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(guān)設(shè)備中的安全使用[J].電氣應(yīng)用，2009(2):15-18.

本文責(zé)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(yáng)(1984-)，男，工程師，主要從事變電檢修等相關(guān)工作。

中圖分類號(hào)：TM564

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9898(2016)03-0028-02