GIS設(shè)備六氟化硫注氣效率的研究

林軍浩 陶文華

（浙江省送變電工程公司 浙江杭州 310016）

GIS設(shè)備六氟化硫注氣效率的研究

林軍浩 陶文華

（浙江省送變電工程公司 浙江杭州 310016）

GIS設(shè)備抽真空和注氣效率是影響GIS設(shè)備安裝的關(guān)鍵因素，通過對GIS設(shè)備六氟化硫注氣的模擬實驗，得到相關(guān)數(shù)據(jù)并進行分析，可知注氣時氣瓶內(nèi)由于溫度和壓力下降，六氟化硫出現(xiàn)氣-液相平衡態(tài)導(dǎo)致汽化效率降低從而影響充氣效率。因此可以采用六氟化硫加熱裝置持續(xù)的給六氟化硫氣瓶提供汽化熱，從而提高注氣效率。

GIS；注氣效率；六氟化硫；加熱裝置

1 引言

氣體絕緣組合電器（GIS）設(shè)備因占地面積小，可靠性高，維護工作量少等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。越來越多使用GIS設(shè)備是一個未來的趨勢，如何優(yōu)質(zhì)高效的完成GIS設(shè)備安裝是輸變電工程施工單位研究的重點課題。

GIS設(shè)備六氟化硫注氣工作由于六氟化硫氣體的獨特性質(zhì)和本作業(yè)對周圍環(huán)境因素比較敏感，無法通過常規(guī)的措施來有效保證作業(yè)進度，往往成為GIS設(shè)備安裝過程中的制約因素，如何優(yōu)質(zhì)高效的做好GIS設(shè)備安裝中的六氟化硫注氣工作是GIS設(shè)備安裝中的重點內(nèi)容。

2 六氟化硫的飽和蒸汽曲線

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)六氟化硫》（GB12022-2006）的要求，變電工程現(xiàn)場使用的六氟化硫一般使用40L高壓氣瓶運輸，重量為每瓶50kg，氣瓶的公稱壓力為12.5MPa，純度在99.9%以上，六氟化硫在瓶內(nèi)以液態(tài)形式存在。

和六氟化硫注氣過程密切相關(guān)的物理參數(shù)是飽和蒸汽壓。六氟化硫氣體飽和蒸汽曲線如圖1所示。

圖1 六氟化硫飽和蒸汽曲線

3 六氟化硫注氣過程現(xiàn)場模擬實驗

由理論推導(dǎo)可以得出，GIS設(shè)備六氟化硫注氣時設(shè)備氣室可以看做是真空氣室進行注氣，對其注氣的時間是一個分段函數(shù)，在剛開始注氣時，氣體以音速注氣，注氣流量為常數(shù)，是線性曲線；當(dāng)達到臨界壓力后，氣體以亞音速注氣，注氣壓力升高，流量逐漸降低。從達到臨界壓力開始，直到注氣結(jié)束，曲線為非線性變化。

為能較直觀的了解六氟化硫注氣過程，我們采用了現(xiàn)場模擬實驗的方法進行研究，并結(jié)合有關(guān)理論對各階段變化進行分析。

本成果現(xiàn)場模擬實驗在500kV某變電站現(xiàn)場展開，使用氣瓶進行注氣，記錄溫度變化和壓力變化，每10min記錄一次。在完成試驗后，相關(guān)數(shù)據(jù)用excel進行曲線擬合，從而得到溫度變化關(guān)系曲線和壓力變化關(guān)系曲線。

4 對記錄的數(shù)據(jù)和壓力時間變化關(guān)系的分析

由模擬實驗得到的氣室、氣瓶溫度的時間關(guān)系曲線和氣室、氣瓶壓力的時間關(guān)系曲線并結(jié)合六氟化硫飽和蒸汽曲線，可以對氣室的六氟化硫注氣實際過程分階段進行討論。

（1）注氣開始前，氣瓶和氣室內(nèi)溫度基本同室外環(huán)境溫度，氣瓶內(nèi)六氟化硫氣體為當(dāng)時環(huán)境溫度下飽和蒸汽的壓力，模擬實驗時按氣瓶最大公稱壓力12.5MPa討論，氣室內(nèi)為真空。

（2）音速充氣階段：六氟化硫氣體通過氣瓶減壓閥和六氟化硫抽真空注氣裝置內(nèi)的充氣閥門以音速勻速的向真空氣室進行注氣，由于六氟化硫氣體從氣瓶不斷的注入GIS設(shè)備氣室，氣瓶內(nèi)壓力逐漸降低，而GIS設(shè)備氣室壓力逐步上升。同時，氣瓶內(nèi)液態(tài)六氟化硫不斷汽化，從周圍大量吸收熱量，氣瓶和氣體溫度不斷下降。

（3）亞音速充氣階段：在注氣閥門出口六氟化硫氣體壓力和氣室內(nèi)六氟化硫氣體壓力達到臨界壓力比后，氣室內(nèi)注氣速度開始降低，進入亞音速注氣階段。在本階段，隨著氣瓶內(nèi)六氟化硫壓力下降和溫度下降，瓶中的六氟化硫氣體實際的壓力-溫度曲線會與飽和蒸汽曲線交叉，瓶內(nèi)六氟化硫會進入一個氣-液相動態(tài)平衡狀態(tài)，瓶內(nèi)液態(tài)的六氟化硫不再汽化，無法持續(xù)的向氣室供氣，這時，現(xiàn)場氣室注氣效率便會極大的降低。

（4）注氣完成后：在亞音速充氣足夠長的時間后，GIS設(shè)備氣室內(nèi)的六氟化硫氣體壓力能滿足設(shè)備要求，則本次注氣過程順利完成。

由上述分析可以看出：如果考慮實際作業(yè)環(huán)境，音速注氣階段由于六氟化硫氣瓶汽化條件比較好，GIS設(shè)備氣室內(nèi)壓力-時間關(guān)系曲線和理想模型的壓力-時間關(guān)系曲線比較接近，但是亞音速注氣階段，由于氣瓶內(nèi)液態(tài)六氟化硫汽化吸熱導(dǎo)致瓶內(nèi)六氟化硫氣體實際的壓力-溫度曲線和飽和蒸汽曲線交叉，此時瓶內(nèi)六氟化硫進入氣-液相平衡態(tài)，該階段注氣效率降低，時間延長，從而影響六氟化硫注氣工作。

5 結(jié)論

注氣時的GIS設(shè)備氣室內(nèi)氣體的壓力-時間曲線都是一條擬合指數(shù)函數(shù)的曲線，前期時速度快，效率高，時間省，后期則速度變慢，效率降低，耗時不成比例的增加。

由六氟化硫注氣模擬實驗結(jié)果及其分析可知，要提高六氟化硫注氣效率，關(guān)鍵在于確保氣瓶內(nèi)液態(tài)六氟化硫能不斷的汽化，避免氣瓶內(nèi)實際壓力-溫度曲線與飽和蒸汽曲線交叉，導(dǎo)致出現(xiàn)六氟化硫氣-液相平衡狀態(tài)，就能很好的保證氣室實際的充氣的壓力-時間曲線能有效擬合修正前的曲線來確定注氣時間。

結(jié)合六氟化硫運輸、保存、使用的有關(guān)規(guī)定，我們研制了六氟化硫氣瓶加熱裝置，能同時進行六個六氟化硫氣瓶的加熱和溫度控制，具有很強的實用性。

經(jīng)過現(xiàn)場實際使用驗證，使用本裝置可以有效的提高GIS設(shè)備抽真空、注氣40%以上的效率，具有極大的節(jié)能減排和經(jīng)濟效益。

[1]夏泰淳，主編.工程流體力學(xué).上海交通大學(xué)，2006.

[2]廉樂明，李力能，吳家正.工程熱力學(xué)（第四版）.高等教育出版社，2007.

[3]王成生，趙國勝，付長亮，孫海濤，趙楠.真空容器注氣時間計算公式[J].真空，2008，9，45（9）.

[4]成都新為成科技.ANB智能真空泵使用說明書.

[5]《工業(yè)六氟化硫》（GB12022-2006）.

[6]《六氟化硫電氣設(shè)備運行、試驗及檢修人員安全防護細則》（DL/T639-1997）.

[7]六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和監(jiān)測導(dǎo)則.

TM595

A

1004-7344（2016）06-0223-01

2016-2-6

林軍浩（1984-），男，浙江杭州人，本科，研究方向為項目管理。