六氟化硫排放核算及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)研究

朱峰，趙躍，宋玉梅，邵翔

（1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽合肥，230000；2.合肥誠(chéng)記信息科技有限公司，安徽合肥，230000）

0 引言

六氟化硫氣體因優(yōu)良的滅弧性能、絕緣性能及化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛用于電網(wǎng)等國(guó)計(jì)民生支柱產(chǎn)業(yè)。六氟化硫氣體是溫室效應(yīng)最強(qiáng)的工業(yè)氣體，1T六氟化硫氣體的排放相當(dāng)于23900T二氧化碳排放，控制六氟化硫氣體的無(wú)序排放，已經(jīng)刻不容緩。2019年3月11日，國(guó)資委下達(dá)“關(guān)于印發(fā)《中央企業(yè)能源節(jié)約與生態(tài)環(huán)境保護(hù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表》的通知”，將“六氟化硫氣體回收率”納入中央企業(yè)負(fù)責(zé)人任期經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)考核。2020年12月，以習(xí)近平同志為核心的黨中央提出“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”重大戰(zhàn)略目標(biāo)，并將做好碳達(dá)峰、碳中和工作納入2021年八大重點(diǎn)任務(wù)。為控制和減少六氟化硫氣體排放，國(guó)網(wǎng)公司多年來(lái)致力于六氟化硫氣體回收再利用系統(tǒng)研發(fā)、試點(diǎn)應(yīng)用、全面推廣、管理提升等一系列工作。

1 六氟化硫氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作面臨挑戰(zhàn)

當(dāng)前六氟化硫氣體使用場(chǎng)景涉及基建、運(yùn)維、檢修、設(shè)備退役及凈化處理等多個(gè)階段，因六氟化硫氣體使用范圍的復(fù)雜性,導(dǎo)致管理部門(mén)面臨嚴(yán)峻的指標(biāo)考核責(zé)任、設(shè)備安全運(yùn)行的巨大壓力，如何測(cè)量電氣設(shè)備內(nèi)六氟化硫氣體重量，準(zhǔn)確掌握全網(wǎng)六氟化硫氣體使用量是減排的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)六氟化硫電氣設(shè)備檢修和退役時(shí)氣體的使用量和回收量方面已有研究，但在電網(wǎng)六氟化硫氣體存量（氣體總量）上仍然沒(méi)有合適的評(píng)估方法。設(shè)備內(nèi)氣體僅能通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備內(nèi)氣體重量精確檢測(cè)方面還沒(méi)有相關(guān)的研究報(bào)道。

1.1 六氟化硫用氣量難以精準(zhǔn)計(jì)量

國(guó)網(wǎng)公司六氟化硫電氣設(shè)備數(shù)量巨大，如安徽電網(wǎng)110kV及以上電壓等級(jí)變電站935座，隨著GIS電氣設(shè)備的不斷推廣，氣體用氣量不斷增大，新投運(yùn)設(shè)備通過(guò)設(shè)備銘牌或充氣量計(jì)算氣體使用量，大部分在運(yùn)設(shè)備銘牌未標(biāo)注氣體用量和設(shè)備容積（設(shè)備內(nèi)含多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，難以通過(guò)外形估算），六氟化硫氣體充氣量未知；部分新投運(yùn)設(shè)備銘牌標(biāo)注的六氟化硫氣體充氣量不準(zhǔn)確，且實(shí)際運(yùn)行壓力普遍高于額定壓力值，因此，公司系統(tǒng)電氣設(shè)備六氟化硫用氣量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)難以掌握，設(shè)備檢修、退役時(shí)氣體回收率無(wú)法管控。

1.2 六氟化硫氣體使用無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤記錄

由于缺乏有效的物料管控技術(shù)，回收的氣體沒(méi)有及時(shí)送往六氟化硫處理中心、凈化后氣體未及時(shí)領(lǐng)用并充入設(shè)備、新購(gòu)氣體量無(wú)法統(tǒng)一管控等問(wèn)題依然存在，一是氣體使用過(guò)程無(wú)法做到實(shí)時(shí)跟蹤準(zhǔn)確記錄，回收回用量、凈化量、新氣購(gòu)置量及入出庫(kù)信息等無(wú)法實(shí)現(xiàn)全鏈條多維的管理；二是目前各地市局尚未形成智能化程度高、臺(tái)賬覆蓋面廣和業(yè)務(wù)針對(duì)性強(qiáng)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)有的六氟化硫氣體與電力設(shè)備之間未建立關(guān)聯(lián)臺(tái)賬、管控手段智能化程度不高等。

為此，安徽電科院研發(fā)了六氟化硫氣體重量感知裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備內(nèi)六氟化硫氣體重量全過(guò)程測(cè)量。本文通過(guò)開(kāi)展六氟化硫氣體排放全口徑核算和六氟化硫氣體損耗模型研究，構(gòu)建六氟化硫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法，掌握全網(wǎng)六氟化硫氣體使用量、回收率、氣體凈化量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。

2 六氟化硫排放核算及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法研究總體思路

本文以地市級(jí)供電公司為研究對(duì)象，一是開(kāi)展地市級(jí)供電公司六氟化硫氣體排放全口徑核算研究，確定地市級(jí)公司六氟化硫氣體核算邊界，建立六氟化硫氣體全口徑核算方法。二是六氟化硫氣體損耗模型研究，通過(guò)開(kāi)展六氟化硫氣體排放全過(guò)程氣體損耗研究，建立損耗模型。

通過(guò)這兩種方法對(duì)六氟化硫氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，建立一套開(kāi)展數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性，評(píng)價(jià)地市級(jí)供電公司六氟化硫氣體排放量和填報(bào)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)六氟化硫全生命周期各環(huán)節(jié)氣體量管理和相關(guān)影響因素，通過(guò)模型構(gòu)建、推理分析和數(shù)據(jù)定損，綜合得出六氟化硫氣體損耗模型研究。

3 六氟化硫氣體排放全口徑核算

地市公司的六氟化硫氣體排放指使用六氟化硫設(shè)備檢修與退役過(guò)程產(chǎn)生中的六氟化硫的排放和輸配電損失所對(duì)應(yīng)的電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的二氧化碳排放。具體計(jì)算按公式（1）。

式中，

E——二氧化碳排放總量（噸二氧化碳）

ESF6——使用六氟化硫設(shè)備修理與退役過(guò)程中產(chǎn)生的六氟化硫排放（噸二氧化碳）

E網(wǎng)損——輸配電損失引起的二氧化碳排放總量（噸二氧化碳）

使用六氟化硫設(shè)備修理與退役過(guò)程的排放計(jì)算按式（2）。

式中，

ESF6——使用六氟化硫設(shè)備修理與退役過(guò)程中產(chǎn)生的六氟化硫排放，（噸二氧化碳）

REC容量,i——退役設(shè)備i的六氟化硫容量，以銘牌數(shù)據(jù)表示，（千克）

REC回收,i——退役設(shè)備i的六氟化硫?qū)嶋H回收量，（千克）

REP容量,j——修理設(shè)備j的六氟化硫容量，以銘牌數(shù)據(jù)表示，（千克）

REP回收,j——修理設(shè)備j的六氟化硫?qū)嶋H回收量，（千克）

GWPSF6——六氟化硫的SF6氣體潛能，23900。

4 六氟化硫氣體損耗模型研究

六氟化硫氣體損耗模型研究包括數(shù)據(jù)采集模塊、變量計(jì)算模塊、潛在因素模塊、模型表達(dá)模塊、推理分析模塊、數(shù)據(jù)定損模塊和管控終端。

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)處理需求對(duì)整個(gè)六氟化硫全生命周期過(guò)程進(jìn)行分解，可分成新氣采購(gòu)、出入庫(kù)、使用、回收、凈化、在運(yùn)設(shè)備保有量估算和氣體損耗等環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)驗(yàn)證及核算，來(lái)構(gòu)建出具體的物料核算模型。

（1）新氣采購(gòu)

新采購(gòu)氣體且檢測(cè)合格后的氣體量等于入庫(kù)量，記作M入庫(kù)量=M采購(gòu)量。

（2）氣體入庫(kù)

通過(guò)兩種不同對(duì)象的入庫(kù)方法描述，可以得出相應(yīng)的計(jì)算公式：

式中：M入庫(kù)量——指入庫(kù)氣體的重量

M新氣采購(gòu)入庫(kù)量——指新采購(gòu)氣體入庫(kù)時(shí)的重量

M凈化氣回用量——指對(duì)回收凈化后再使用的氣體量

M檢修剩余量——指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)帶出的氣體量，沒(méi)有使用完又帶回重新入庫(kù)量

M新氣入庫(kù)量——指對(duì)處理中心新獲取到的氣體入庫(kù)量

M回收量——對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回收的氣體量

（3）氣體出庫(kù)

為了便于對(duì)數(shù)據(jù)的分類管理和統(tǒng)計(jì)，需要把系統(tǒng)內(nèi)氣體出庫(kù)類型分為：變電站申請(qǐng)回收氣體出庫(kù)、處理中心凈化后氣體出庫(kù)、檢修使用氣體出庫(kù)。在移動(dòng)端設(shè)計(jì)了氣體出庫(kù)模塊和氣體出庫(kù)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)頁(yè)面，氣體出庫(kù)線上流程主要包括：掃碼獲取信息、添加出庫(kù)記錄、選擇出庫(kù)類型和填寫(xiě)詳情信息；詳情信息主要包括有：出庫(kù)鋼瓶數(shù)、出庫(kù)重量、出庫(kù)單位、負(fù)責(zé)人和出庫(kù)時(shí)間，其中出庫(kù)鋼瓶數(shù)和重量可通過(guò)掃描自動(dòng)獲取。

（4）氣體使用

式中：M保有量——指設(shè)備現(xiàn)有氣體的重量

M初始值——指設(shè)備中氣體重量的初始估算值

M充氣量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M充氣前——指充氣前設(shè)備的重量

M充氣后——指充氣后設(shè)備的重量

注意：在此充氣使用環(huán)節(jié)過(guò)程中分以下三種情況統(tǒng)計(jì)：

如果充氣使用之前沒(méi)有對(duì)鋼瓶進(jìn)行先稱重，那么依據(jù)鋼瓶標(biāo)簽標(biāo)注的重量為準(zhǔn)。得出如下公式：

式中：M充氣量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M標(biāo)注量——指設(shè)備上標(biāo)簽標(biāo)注的氣體量

M充氣后——指充氣后設(shè)備的重量

如果充氣之后沒(méi)有進(jìn)行稱重，那么該設(shè)備的充氣流程就不能閉環(huán)結(jié)束，此時(shí)需要追蹤鋼瓶充氣后的狀態(tài)。追蹤到該鋼瓶充氣后的第一次稱重得到的重量來(lái)記作（Mgp）。得出如下公式：

式中：M充氣量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M充氣前——指充氣前設(shè)備的重量

Mgp——追蹤到該鋼瓶充氣后的第一次稱重得到的重量

如果充氣前和充氣后都進(jìn)行了稱重，則M充氣量=M充氣后-M充氣前

（5）氣體回收

式中：M回收量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M設(shè)備氣體保有量——指設(shè)備原有的充氣量

M初始估算——指設(shè)備中氣體重量的初始估算值

如果M回收量≠M(fèi)初始估算，那么需要用M回收的值去修正之前對(duì)設(shè)備初始值估算量的值，來(lái)不斷完善和補(bǔ)充更多未知重量設(shè)備的 M初始估算和 M設(shè)備氣體保有量。

注意：在此回收環(huán)節(jié)過(guò)程中分以下兩種情況統(tǒng)計(jì)：

如果回收之前沒(méi)有對(duì)鋼瓶進(jìn)行先稱重，那么依據(jù)鋼瓶標(biāo)簽標(biāo)注的重量為準(zhǔn)，可得出如下公式：

式中：M回收量——指回收得到的氣體量

M標(biāo)注量——指設(shè)備上標(biāo)簽標(biāo)注的氣體量

M回收后——指設(shè)備回收后的重量

如果回收之后沒(méi)有進(jìn)行稱重，那么該設(shè)備的回收流程就不能閉環(huán)結(jié)束，此時(shí)需要追蹤鋼瓶回收后的狀態(tài)。若能追蹤到則以此時(shí)的鋼瓶氣體量為回收后的重量（M回收后），即M回收量=M回收后-M回收前。

（6）氣體凈化

式中：M凈化損耗量——指凈化過(guò)程中損耗的氣體量

M凈化前——指凈化前的氣體重量

M凈化后——指凈化后的氣體重量

4.2 變量計(jì)算模塊

實(shí)時(shí)獲取單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的六氟化硫氣體的變化信息，變化信息包括密壓值、體積值和濃度值，并將其分別標(biāo)定為Ai、Bi和Ci，依據(jù)公式，i=1...n，求得單位時(shí)間級(jí)內(nèi)六氟化硫氣體變化的動(dòng)態(tài)值Xi，其中，e1、e2和e3分別為密壓值A(chǔ)i、體積值Bi和濃度值Ci的誤差因子系數(shù)，且e2＞e1＞e3＞ 0 ；

將求得單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的動(dòng)態(tài)值Xi進(jìn)行均值處理，依據(jù)公式，求得衡量單位時(shí)間級(jí)內(nèi)六氟化硫氣體變化狀態(tài)的均值數(shù)據(jù)，其中，ρ為動(dòng)態(tài)值Xi的修正因子系數(shù)，λ為動(dòng)態(tài)值Xi的誤差因子系數(shù)，且ρ＞0，λ＞0。

4.3 潛在因素模塊

實(shí)時(shí)獲取單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的六氟化硫氣體的因素信息，因素信息包括環(huán)境溫濕度和存儲(chǔ)標(biāo)值，并將其分別標(biāo)定為Wi和V，依據(jù)公式i，求得衡量單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的六氟化硫氣體的影響值Yi，其中，q1和q2分別表示為環(huán)境溫濕度Wi和存儲(chǔ)標(biāo)值Vi的程度因子系數(shù)，且q2＞q1＞ 0 。

并將影響值Yi與預(yù)設(shè)范圍α進(jìn)行比對(duì)分析，當(dāng)影響值Yi大于預(yù)設(shè)范圍α的最大值時(shí)，則生成極端不利信號(hào)，當(dāng)影響值Yi處于預(yù)設(shè)范圍α的之間時(shí)，則生成輕度不利信號(hào)，當(dāng)影響值Yi小于預(yù)設(shè)范圍α的最小值時(shí)，則生成微弱不利信號(hào)。

4.4 模型表達(dá)模塊

獲取單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的各時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間參數(shù)i和與之對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)值Xi，以時(shí)間參數(shù)i構(gòu)造坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)，以動(dòng)態(tài)值Xi構(gòu)造坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)，并據(jù)此建立動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系。

將均值數(shù)據(jù)以直線的方式在坐標(biāo)系上顯示，并通過(guò)極差分析操作，求得六氟化硫氣體的變化信息離散波動(dòng)的動(dòng)蕩信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)。

4.5 推理分析模塊

將極端不利信號(hào)、微弱不利信號(hào)和輕度不利信號(hào)依次與動(dòng)蕩信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)兩兩互相結(jié)合，并進(jìn)行推理分析；當(dāng)同時(shí)獲取極端不利信號(hào)和動(dòng)蕩信號(hào)時(shí)，則輸出一級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取極端不利信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)時(shí)，則輸出二級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取微弱不利信號(hào)和動(dòng)蕩信號(hào)，則輸出二級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取微弱不利信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)，則輸出三級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取輕度不利信號(hào)和動(dòng)蕩信號(hào)，則輸出三級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取輕度不利信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)，則輸出四級(jí)預(yù)警信號(hào)。

4.6 數(shù)據(jù)定損模塊

將獲取的一級(jí)預(yù)警信號(hào)、二級(jí)預(yù)警信號(hào)、三級(jí)預(yù)警信號(hào)和四級(jí)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行求和統(tǒng)計(jì)操作，當(dāng)求和得到的結(jié)果中含有的一級(jí)預(yù)警信號(hào)和二級(jí)預(yù)警信號(hào)的次數(shù)總和大于等于3時(shí)，則輸出嚴(yán)重?fù)p耗信號(hào)，當(dāng)求和得到的結(jié)果中含有的二級(jí)預(yù)警信號(hào)和三級(jí)預(yù)警信號(hào)大于等于4時(shí)，則輸出中度損耗信號(hào)，而其他情況下，則輸出輕微損耗信號(hào)。

4.7 管控終端

管控終端對(duì)接收嚴(yán)重?fù)p耗信號(hào)、中度損耗信號(hào)和輕微損耗信號(hào)以文本的形式展示出來(lái)。

5 六氟化硫氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法及研究

在評(píng)價(jià)方法選擇和構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，使用層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)模型。層次分析法將與決策有關(guān)的因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，然后遞進(jìn)求解每層的各元素對(duì)上層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法。用層次分析法分析問(wèn)題要經(jīng)過(guò)以下步驟：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型。將實(shí)際問(wèn)題中的因素從上至下依次分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案不同層次，同一層次的因素在受制于下層因素的同時(shí)，又會(huì)影響其上層因素。

（2）構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。比較同一層次中元素 Xi與元素 Xj 相對(duì)上一層某個(gè)因素的重要性時(shí)，用數(shù)值aij來(lái)描述這種相對(duì)重要性，假設(shè)本層有n個(gè)關(guān)聯(lián)因素，則A=(aij)n×n 稱為兩兩比較的判斷矩陣：

式中 W=(w1，w2，wn)T，n 是特征值。

（4）判斷矩陣一致性檢驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，外部環(huán)境的變化、判斷對(duì)象的復(fù)雜性、過(guò)往經(jīng)歷的不同及對(duì)判斷對(duì)象主觀認(rèn)知的不足，會(huì)導(dǎo)致人們不能對(duì)指標(biāo)的相對(duì)重要性做出準(zhǔn)確判斷，即aij存在偏差，這樣判斷矩陣一致性的準(zhǔn)確程度就很難得到保證。因此需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，本文采用一致性指標(biāo)CI（Consistent Index）和平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的比值隨機(jī)一致性比率CR（Consistency Ration）來(lái)衡量判斷矩陣的不一致性程度，RI值只與矩陣階數(shù)有關(guān)。

式中λmax為n階判斷矩陣A的最大特征值。

通過(guò)上述層次分析法評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建，結(jié)合各單位在各環(huán)節(jié)處理上報(bào)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，可從以下不同維度進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證：

以單位的采購(gòu)量、回收量的和與使用量、庫(kù)存量、損耗量三者的和相比較，整體偏差是否在合理范圍內(nèi)，來(lái)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

同時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)回收、凈化、使用三個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)損耗維度對(duì)回收損耗、凈化損耗和使用損耗進(jìn)行損耗量的驗(yàn)證；結(jié)合上述第4點(diǎn)損耗模型研究的應(yīng)用可綜合得出損耗量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

通過(guò)上述兩種不同維度的計(jì)算驗(yàn)證結(jié)合層次分析評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用，可整體得出六氟化硫氣體統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)開(kāi)展六氟化硫氣體排放全口徑核算、損耗模型研究，收集六氟化硫氣體使用量、回收率、氣體凈化量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，建立一套數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法，實(shí)時(shí)掌握安徽電網(wǎng)六氟化硫氣體保有量和使用情況，為國(guó)家電網(wǎng)公司六氟化硫氣體回收和循環(huán)再利用提供技術(shù)支撐。促進(jìn)了六氟化硫氣體回收再利用工作的良性循環(huán)，為更好地推動(dòng)六氟化硫氣體減排提供科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)，為電力部門(mén)決策提供依據(jù)，推進(jìn)公司節(jié)能減排工作落地，為溫室氣體減排和發(fā)揮國(guó)網(wǎng)公司企業(yè)責(zé)任作出了積極貢獻(xiàn)，助力國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，具有良好的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。