蘇通GIL管廊工程應(yīng)急搶修中SF6氣體快速回收處理技術(shù)

吳 勇,申紅志

（1.江蘇省送變電有限公司，江蘇 南京 210000；2.河南省日立信股份有限公司，河南 鄭州 450001）

1 引言

因蘇通GIL(gas-insulated transmission lines，氣體絕緣輸電線路)綜合管廊工程GIL設(shè)備敷設(shè)距離較長(zhǎng)[1]，發(fā)生故障搶修完成后需要快速對(duì)GIL氣室進(jìn)行SF6(六氟化硫)氣體充注，但是由于SF6容易液化或固化，如何快速回收SF6氣體是急需解決的問(wèn)題[2]。西方發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)于SF6氣體回收利用的方法較為成熟。因國(guó)內(nèi)氣體回收利用的純度標(biāo)準(zhǔn)要求不同，國(guó)外回收的技術(shù)滿足不了國(guó)內(nèi)的需求，于是有學(xué)者采用氣阻穩(wěn)流-閥切換除氧技術(shù)提高了SF6氣相色譜分析速率，實(shí)現(xiàn)高效的利用處理，但回收過(guò)程又需要額外的經(jīng)濟(jì)成本[3]。研究人員又提出基于耦合技術(shù)的回收利用技術(shù)，雖然提高了SF6氣體的處理效率，但是其需要的經(jīng)濟(jì)成本更高，整體經(jīng)濟(jì)性比較差[4]。為此，提出SF6氣體快速回收處理技術(shù)，解決上述常見(jiàn)技術(shù)中存在經(jīng)濟(jì)成本高的問(wèn)題。

2 SF6氣體快速回收處理方法

2.1 目標(biāo)SF6氣體檢測(cè)

當(dāng)SF6氣體在回收過(guò)程中發(fā)生泄漏，可使用激光器、紅外熱像儀等裝置檢測(cè)氣體泄漏情況[5]，迅速定位泄漏位置，采取相應(yīng)措施補(bǔ)救。檢測(cè)流程如圖1所示。

圖1 SF6氣體檢測(cè)流程圖

使用的主處理器為EPCS-8290 嵌入式平臺(tái)，通過(guò)串口協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的通信，啟動(dòng)檢測(cè)模塊時(shí)，使用激光檢測(cè)并定位漏點(diǎn)，在顯示器顯示紅外熱像儀采集的位置信息，根據(jù)待檢測(cè)區(qū)域的大小改變激光照射范圍，在激光輸出處加上擴(kuò)束系統(tǒng)調(diào)整激光束角度[6]。依據(jù)幾何光學(xué)原理計(jì)算出束寬放大比率為：

公式中d1和d2分別表示激光束成像焦點(diǎn)到兩個(gè)透鏡的距離。假設(shè)激光束直徑和寬度為r和H，則以上公式為：

若待檢測(cè)區(qū)域過(guò)大時(shí)，調(diào)節(jié)兩個(gè)透鏡的距離，通過(guò)激光束角度與目標(biāo)位置的關(guān)系計(jì)算具體位置的公式如下：

式中，P表示目標(biāo)位置，、ω表示波長(zhǎng)與入射角度。

2.2 SF6氣體回收

打開(kāi)電磁閥使SF6氣體沿管路進(jìn)入顆粒過(guò)濾器過(guò)濾后從另一端電磁閥進(jìn)入真空壓縮機(jī)組件處，再通過(guò)干燥器和顆粒過(guò)濾器達(dá)到接口，進(jìn)入到儲(chǔ)罐或氣瓶中[7]。以真空計(jì)上的真空度變化作為依據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)真空度小于0.04MPa時(shí)，SF6氣體回收完成。因SF6氣體在常溫條件下液化壓力是2.5MPa[8]，若大于2.5MPa 時(shí)SF6氣體就會(huì)出現(xiàn)液化，所以氣室中的壓力一般小于2MPa，以此作為判斷SF6氣體是否液化的依據(jù)。

2.3 集控處理流程

SF6氣體在回收后，需要集控處理，將SF6氣體處理到復(fù)合再利用的標(biāo)準(zhǔn)，具體標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 SF6氣體處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

按照上述標(biāo)準(zhǔn)處理SF6氣體，具體流程如圖2所示。

圖2 氣體處理流程

通過(guò)遠(yuǎn)程操作切換處理待機(jī)、制冷、回溫三個(gè)工作狀態(tài)，待完成后，自動(dòng)關(guān)機(jī)。至此，蘇通GIL 管廊工程應(yīng)急搶修中SF6氣體快速回收處理完成。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將本文方法與氣相色譜法和耦合技術(shù)法對(duì)比經(jīng)濟(jì)性。因SF6氣體的易變性容易影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果[9]，為此選擇合適的溫度、壓力和濕度，為后續(xù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)提供研究依據(jù)。設(shè)備內(nèi)部可能出現(xiàn)接觸不良使設(shè)備內(nèi)部溫度升高，因此采用連續(xù)的脈沖放電，采集氣體樣品，對(duì)比結(jié)果。溫度變化對(duì)SF6氣體的影響結(jié)果如表2所示。

表2 溫度變化對(duì)SF6氣體影響結(jié)果

在溫度的變化下，SF6氣體被分解為C2F6與C3F8，表示達(dá)到氣體回收的臨界溫度。因濕度越高SF6氣體分解越快[10]，所以設(shè)置較低的濕度保證回收質(zhì)量。壓力變化對(duì)SF6氣體的影響研究，設(shè)置氣室壓力為0.04MPa、0.06MPa和0.10MPa。變化如表3所示。

表3 壓力變化對(duì)SF6氣體的影響結(jié)果

如圖所示，壓力的增加會(huì)加速SF6氣體的分解，影響氣體回收質(zhì)量。

3.2 回收效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

蘇通GIL 管廊工程距離較長(zhǎng)，若不能及時(shí)回收SF6氣體將會(huì)分解出全氟乙烷和全氟丙烷等物質(zhì)危害環(huán)境。以SF6氣體的分解效率作為判斷回收效率的一種指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置一定的溫度、壓力和濕度，監(jiān)控SF6氣體變化過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示。

圖3 不同回收技術(shù)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖a 中顯示，隨著時(shí)間的增加，SF6氣體在逐漸減少，但在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，SF6氣體依然還有20g，其它氣體質(zhì)量達(dá)到了3g左右，說(shuō)明回收效率并不高，導(dǎo)致部分SF6氣體被分解；圖b 中實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在與上述相同的問(wèn)題。圖c 中顯示，其它氣體質(zhì)量非常少，其SF6氣體回收效率比較高。綜上所述，設(shè)計(jì)的氣體快速回收處理技術(shù)效率更高。

3.3 回收成本實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

因回收過(guò)程中壓縮功耗和負(fù)荷的增加都會(huì)帶來(lái)回收成本的增加，結(jié)合兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)變化情況，分析不同回收方法的經(jīng)濟(jì)性，具體內(nèi)容如表4所示。

表4 不同回收技術(shù)的回收成本實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)表中數(shù)據(jù)可以看出，氣相色譜法和耦合技術(shù)法的壓縮功耗和回收負(fù)荷增量比較大，而本文提出的回收處理技術(shù)壓縮功耗和負(fù)荷都比較小。結(jié)合回收效率實(shí)驗(yàn)分析可知，本文提出的SF6氣體快速回收處理技術(shù)處理效率高、功耗少，經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文圍繞著蘇通GIL管廊工程應(yīng)急搶修情況下的SF6氣體回收展開(kāi)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本技術(shù)效率高、可行性好，解決了以往存在的問(wèn)題。但是在研究過(guò)程中易受到環(huán)境大和設(shè)備復(fù)雜等問(wèn)題限制，在后續(xù)研究中將設(shè)計(jì)更方便的SF6氣體回收處理技術(shù)。