六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)的研制

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局,廣東 珠海 519000)

1 引言

近年，隨著經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，國家對電網(wǎng)建設(shè)的投資逐年增加。基于環(huán)保、智能、高效、穩(wěn)定的綠色電網(wǎng)發(fā)展理念，新入網(wǎng)設(shè)備的選擇逐漸趨向集成化、無油化、智能化。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，我國330～500kV斷路器投運量正以每年15%～20%的速率增長，110kV及以上電壓等級的斷路器大多是GIS或SF6斷路器[11]。電力設(shè)備數(shù)量的急劇增長，也意味著電網(wǎng)企業(yè)SF6氣體用量需求的級數(shù)增長。SF6氣體的全生命周期管理得當(dāng)，有助于提高設(shè)備的運行可靠性，延長使用壽命。

SF6氣體作為最常見的絕緣滅弧介質(zhì)，一直以來都被廣泛應(yīng)用于GIS、斷路器、電壓(流)互感器等各類電力設(shè)備中，但它除了具有極佳的絕緣性能之外，還會產(chǎn)生嚴(yán)重的溫室效應(yīng)(是CO2的2.39萬倍)，被列為禁止排放的六種溫室氣體之一。隨著各種SF6電氣設(shè)備的大幅度投入運行，SF6監(jiān)督的復(fù)雜性也在逐步增加，SF6設(shè)備的檢修量也相應(yīng)逐步增多。為打造成為服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展的綠色電網(wǎng)，完善SF6氣體全生命周期精益化管理迫在眉睫[12]。

2 電網(wǎng)企業(yè)六氟化硫氣體使用及管理現(xiàn)狀

近年，響應(yīng)國家節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展政策，南方電網(wǎng)率先做出“零排放”承諾，各地電網(wǎng)先后出臺相關(guān)措施，強化SF6氣體管理。

廣東電網(wǎng)公司提出一系列“加強六氟化硫氣體回收及配送工作管理”的相關(guān)要求，如：將供氣方式由按需配給方式調(diào)整為按“氣體回收量+合理損耗(氣體回收量×8%)”的方式；在開展六氟化硫氣體絕緣設(shè)備檢修作業(yè)時，要求嚴(yán)格做到氣體100%回收等。

安徽電網(wǎng)在加強SF6氣體新氣驗收及現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督管控的同時，提出SF6氣體“統(tǒng)購、統(tǒng)檢、統(tǒng)售”的管理模式，由公司電科院監(jiān)督檢測中心集中負(fù)責(zé)該省各地市局的SF6氣體配給、回收、檢測等[12]。

貴州電網(wǎng)則對轄區(qū)內(nèi)的SF6設(shè)備漏氣缺陷進行了專項排查，對造成漏氣缺陷的原因進行了深入分析，并從完善設(shè)備運維管理、優(yōu)化現(xiàn)有檢修試驗作業(yè)方法等角度提出改進措施。

通過對各地電網(wǎng)SF6氣體管理現(xiàn)狀的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，目前各地市局尚未形成智能化程度高、臺賬覆蓋面廣、業(yè)務(wù)針對性強的六氟化硫氣體全生命周期規(guī)范管理手段及輔助工具。且現(xiàn)有的SF6氣體管理及補氣回收工作主要存在以下問題：

(1)SF6氣體使用/回收量難以精準(zhǔn)計量。準(zhǔn)確掌握SF6氣體的使用/回收量，是實現(xiàn)SF6氣體全生命周期精益化管理的基礎(chǔ)。然而，目前我國仍有不少地市局在使用/回收SF6氣體時僅通過目測設(shè)備氣壓，來對氣體用量進行粗略估算。一些重視SF6氣體管控的地市局，采用對SF6氣體鋼瓶稱重的方式來獲取準(zhǔn)確的SF6氣體用量信息。但受限于復(fù)雜的現(xiàn)場工況，部分情況下無法對氣體進行稱重，也就無法獲取精準(zhǔn)的氣體用量信息。

(2)SF6氣體與電力設(shè)備之間未建立關(guān)聯(lián)臺賬。目前，尚未見文獻(xiàn)提及SF6氣體設(shè)備和SF6氣體信息的集成管理，設(shè)備內(nèi)充氣體來源、補氣/回收信息難以追溯，影響對設(shè)備狀態(tài)和工作成效的準(zhǔn)確評估。

(3)臺賬繁雜，智能化程度不高。根據(jù)調(diào)研了解，各地市局的SF6氣體普遍由物流/電科院負(fù)責(zé)集中采購(配給)與回收，化學(xué)專業(yè)負(fù)責(zé)派發(fā)及試驗監(jiān)督，運檢專業(yè)負(fù)責(zé)使用操作。SF6氣體使用過程中，多專業(yè)、跨部門參與，臺賬多，管理信息冗雜，且跨專業(yè)查詢不便，缺乏智能、集成、適用面廣的一體化管控平臺。

針對上述問題現(xiàn)狀，論文提出一套六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)。

3 六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)功能及原理

3.1 功能概述

六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)將SF6氣體倉儲管理臺賬、SF6氣體設(shè)備臺賬、SF6氣體使用跟蹤臺賬、SF6氣體回收處理臺賬等集成整合于一體，實現(xiàn)覆蓋SF6氣體使用全生命周期的精益化管理，管理策略如圖1所示。

圖1 六氟化硫氣體全生命周期管理策略

通過六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)，主要可以實現(xiàn)以下功能：

(1)通過系統(tǒng)配套的PC端軟件及移動終端APP，實現(xiàn)氣體全生命周期信息的準(zhǔn)確記錄、跟蹤、查詢。

(2)運用氣體及設(shè)備身份編碼技術(shù)，生成氣瓶及設(shè)備的身份編碼，關(guān)聯(lián)氣體-設(shè)備臺賬，實現(xiàn)氣體使用、設(shè)備運維信息的智能管理。

(3)通過傳感稱重、動態(tài)流量計量等方式，實現(xiàn)SF6氣體使用、回收量的動態(tài)精準(zhǔn)計量管控。

(4)運用云端及無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)在滿足網(wǎng)絡(luò)安全的條件下，實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)交叉互聯(lián)，打破跨專業(yè)管理壁壘，方便作業(yè)人員的實時查閱。

3.2 原理設(shè)計

六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分構(gòu)成。

硬件部分實現(xiàn)氣體使用過程中的精準(zhǔn)定量計量；軟件部分實現(xiàn)氣體全生命周期、設(shè)備氣體使用相關(guān)信息的全臺賬集成管控。裝置硬件部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖中可見，稱重裝置可承載40L的氣體鋼瓶，通過稱重表頭獲取準(zhǔn)確的鋼瓶內(nèi)SF6氣體重量變化數(shù)據(jù)。此外，當(dāng)在現(xiàn)場無法通過鋼瓶稱重獲取用量數(shù)據(jù)時，可將裝置的自封接頭與設(shè)備SF6氣體取樣閥相連，通過質(zhì)量流量計來對SF6氣體用量進行計量。

圖2 裝置硬件部分結(jié)構(gòu)圖

硬件部分可在現(xiàn)場實時獲取充氣鋼瓶重量、氣體流量、鋼瓶溫度、操作前后的設(shè)備壓力等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可儲存、導(dǎo)出，也可通過RS485通訊傳輸至藍(lán)牙傳輸模塊，由藍(lán)牙傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸至藍(lán)牙接收設(shè)備等移動終端，最后通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸將數(shù)據(jù)上傳至后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對SF6電氣設(shè)備充補氣數(shù)據(jù)實時監(jiān)控管理。同時，系統(tǒng)平臺中的數(shù)據(jù)可通過掃碼、手動輸入等方式進行實時聯(lián)網(wǎng)查詢。數(shù)據(jù)傳輸原理如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸原理圖

系統(tǒng)配套的PC端軟件可在WINDOWS 操作系統(tǒng)下運行，移動終端APP滿足安卓系統(tǒng)運行平臺，并實現(xiàn)友好的人機界面和操作體驗。軟件在符合相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全要求的前提下可同時滿足移動應(yīng)用深度集成開發(fā)及互聯(lián)網(wǎng)接入條件?；贓xmobi研發(fā)框架、移動應(yīng)用中間件(Exmobi Server)、移動應(yīng)用研發(fā)工具(MBuilder)，在移動應(yīng)用平臺研發(fā)規(guī)范下開展移動應(yīng)用建設(shè)，通過該種集成方式可以共享移動應(yīng)用平臺的網(wǎng)絡(luò)通道、內(nèi)外網(wǎng)穿透能力。

軟件部分的設(shè)計主要有以下幾方面：

(1)建立轄區(qū)變電站點基礎(chǔ)信息和SF6電氣設(shè)備臺賬，完善設(shè)備基礎(chǔ)信息和技術(shù)參數(shù)信息；并以設(shè)備為核心、氣體品質(zhì)管理為主線進行設(shè)備生產(chǎn)運行和氣體全生命周期的全面管理。

(2)臺賬集成關(guān)聯(lián)管理：針對地方局變電站運行設(shè)備的六氟化硫氣體品質(zhì)管理、檢修設(shè)備換氣加氣數(shù)據(jù)臺賬、故障/缺陷設(shè)備氣體數(shù)據(jù)、設(shè)備預(yù)試氣體數(shù)據(jù)、氣體庫存數(shù)據(jù)等模塊功能。

(3)氣體登記管理：建立入網(wǎng)新氣和回收氣體臺賬信息管理；對新氣入庫、出庫和庫存進行動態(tài)管理，通過登記鋼瓶編號、氣體來源、生產(chǎn)廠家、氣體的入庫重量等關(guān)鍵信息，系統(tǒng)則會自動生成獨一無二的氣體身份編碼，用于該氣瓶氣體全生命周期管理中。

(4)氣體查詢：通過輸入或選擇氣體編碼，可以查看新氣入庫后具體的氣體編號、鋼瓶編號、入庫日期、生產(chǎn)廠家、入庫重量等數(shù)據(jù)信息，也可修改或刪除入庫后的未用備用氣體信息。

(5)氣體操作：用于氣體補氣操作，首先輸入或選擇氣體編號，可以查看具體的氣體氣瓶上一次使用后的剩余氣量，確認(rèn)符合使用條件后，選擇氣體操作，就可以對氣體進行操作。

(6)氣體操作記錄查詢：通過查詢選擇站名，開始日期，結(jié)束日期等條件查詢歷史氣體操作記錄，包括氣瓶編號、使用日期、使用氣量、剩余氣量、設(shè)備名稱、操作人、設(shè)備補氣前后氣壓等信息。

(7)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：關(guān)聯(lián)六氟化硫氣體管理臺賬和六氟化硫電氣設(shè)備臺賬等多個臺賬，適配、關(guān)聯(lián)公司內(nèi)部管理軟件，實現(xiàn)氣體全生命周期信息的準(zhǔn)確跟蹤。

此外，軟件設(shè)計過程中，根據(jù)運行、檢修、試驗等專業(yè)人員的使用習(xí)慣，定制了設(shè)備及氣體數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計分析報表，并對氣體鋼瓶、設(shè)備氣室進行了統(tǒng)一編碼，現(xiàn)場人員通過掃描編碼可將數(shù)據(jù)信息與設(shè)備關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)論

六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統(tǒng)可以用于變電運行、檢修、化學(xué)等專業(yè)涉及SF6氣體的工作中，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，能徹底解決臺賬冗雜無法實時查詢、設(shè)備SF6氣體用量情況無法實時跟蹤記錄、難以精準(zhǔn)計量SF6氣體用量等問題，有助于SF6氣體使用及歸口管理單位準(zhǔn)確、直觀的掌握SF6氣體的使用、回收信息，以便于更加及時、恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整SF6氣體倉儲供應(yīng)。

此外，SF6氣體全生命周期管理理念的推行可為企業(yè)節(jié)約巨大的運維成本，對減少環(huán)境污染、踐行綠色電網(wǎng)發(fā)展理念，將起到積極作用。