電力設(shè)備六氟化硫快速充氣裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用*

李吉侗，張 海

(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司 酒泉供電公司，甘肅 酒泉 735000)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，人們對(duì)電量的需求日益增加，而傳統(tǒng)絕緣油存在制取工藝復(fù)雜、耐熱性差、易燃燒和環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)階段電氣設(shè)備高絕緣性能的要求。 高介電強(qiáng)度和滅弧性能的六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣介質(zhì)廣泛應(yīng)用在輸變電系統(tǒng)的斷路器、絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(GIS)、絕緣金屬封閉輸電線(xiàn)路(GIL)等電氣設(shè)備中[1]，彌補(bǔ)了上述不足。 但在實(shí)際工程中，SF6氣體用量過(guò)大、密閉空間交叉施工多，SF6充氣工作影響了GIL、GIS 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度，且隨著GIL、GIS 設(shè)備的長(zhǎng)期使用，結(jié)構(gòu)逐漸老化，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)充裝的SF6氣體出現(xiàn)了泄漏、變質(zhì)的現(xiàn)象，降低了設(shè)備的絕緣性能。 為提高輸電設(shè)備安全穩(wěn)定性，保障設(shè)備高效運(yùn)行，亟需深入分析SF6充補(bǔ)氣裝置的結(jié)構(gòu)和流程的不足，提出泛用性強(qiáng)、實(shí)用性高的SF6充氣裝置方案，解決SF6絕緣設(shè)備充氣、補(bǔ)氣難題。

目前，針對(duì)SF6快速充氣技術(shù)研究已有豐富成果，M Etter 等[2]介紹了一種現(xiàn)場(chǎng)處理回收充氣一體化設(shè)備，但此設(shè)備存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作難度大等不足。 林綺思等[3]針對(duì)六氟化硫氣體泄漏及現(xiàn)場(chǎng)難度大、危險(xiǎn)性高的難題，充分考慮電氣設(shè)備運(yùn)行特性及真實(shí)狀況，設(shè)計(jì)了六氟化硫充氣接口模擬裝置，減少六氟化硫設(shè)備頂壓閥無(wú)法回彈所導(dǎo)致的設(shè)備漏氣現(xiàn)象，彌補(bǔ)了空白。 白林等[4]設(shè)計(jì)了減壓閥＋氣管＋多個(gè)充氣接頭組成的SF6充氣裝置，相比于傳統(tǒng)SF6充氣裝置，該裝置更易分辨、安裝簡(jiǎn)單、保管科學(xué)且攜帶方便。 凌建等[5]提出了一種采用SF6長(zhǎng)距離輸氣系統(tǒng)的SF6集中供氣站方案。 但仍存在攜帶裝備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、充氣時(shí)間較長(zhǎng)和實(shí)用性較低的不足，需進(jìn)一步改善SF6補(bǔ)充裝置的結(jié)構(gòu)和器件，輕化其體質(zhì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)SF6快速充氣。

為此，文中應(yīng)用改進(jìn)接頭、管路和箱體的SF6快速充氣技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)型號(hào)獨(dú)立、管理統(tǒng)一、易分辨、易攜帶保存以及可短時(shí)間補(bǔ)充氣的新型裝置，提出流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的六氟化硫充氣方案，以達(dá)到提高工作效率的目標(biāo)。

1 SF6 快充裝置技術(shù)架構(gòu)

SF6快速充氣裝置總技術(shù)方案如圖1 所示。 通過(guò)剖析傳統(tǒng)充氣裝置結(jié)構(gòu)特性，判斷影響充氣速度因素。 廣泛調(diào)研實(shí)際需求，基于調(diào)研數(shù)據(jù)確定改進(jìn)方向，提出基于改進(jìn)快速接頭的SF6快速充氣技術(shù)，開(kāi)發(fā)配套的彈簧管道與輕量化六氟化硫充氣設(shè)備箱體，降低設(shè)備體積和質(zhì)量，提高新型設(shè)備實(shí)用性。 分析傳統(tǒng)SF6設(shè)備操作流程，對(duì)改進(jìn)的SF6快速充氣裝置提出流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的充氣方案，加快充氣效率。

圖1 SF6 快充裝置總技術(shù)方案

2 SF6 快充裝置應(yīng)用及問(wèn)題

傳統(tǒng)SF6充氣裝置主要由氣瓶、閥門(mén)、輸氣管道、連接器件、氣壓指示計(jì)和其他器件等共同完成補(bǔ)充功能[6]，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。 氣瓶用于存儲(chǔ)SF6氣體，單氣瓶SF6容量較少，導(dǎo)致SF6釋放速度緩慢，影響設(shè)備安裝進(jìn)度；管道用于輸送SF6氣體至設(shè)備中，具有高度密封性，為滿(mǎn)足工作環(huán)境耐壓、耐磨損、耐變形的要求，提高工作人員效率，通常采用輕便型材料；閥門(mén)用于控制SF6氣體輸出；氣壓指示計(jì)用于了解設(shè)備內(nèi)部SF6氣壓狀態(tài)，從而判斷設(shè)備是否需要充氣及充氣完成情況，補(bǔ)氣時(shí)要注意充氣皮管反充使密度繼電器壓力波動(dòng)，從而導(dǎo)致誤報(bào)警現(xiàn)象；接口用于連接閥門(mén)與管道、管道與設(shè)備，是影響充氣速度的主要因素，必須縫合嚴(yán)密。 目前常用的細(xì)牙螺紋接口存在借助工具作業(yè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、拆卸頻繁易損傷螺紋等不足。

圖2 SF6 充氣裝置結(jié)構(gòu)圖

目前，SF6充氣設(shè)備已具備了相對(duì)完善的流程體系，并明確規(guī)定了充氣壓力范圍，具體充氣流程如圖3 所示。 傳統(tǒng)充氣流程斷路器型號(hào)多樣化且充氣裝置與斷路器匹配時(shí)間較長(zhǎng)，在維護(hù)和搶修過(guò)程中存在下列問(wèn)題[7]:①SF6補(bǔ)充裝置種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)各異但一套SF6補(bǔ)氣裝置卻只適用一個(gè)型號(hào)或廠(chǎng)家的斷路器，引起了補(bǔ)氣裝置雜多、難管理的問(wèn)題；②SF6補(bǔ)氣裝置的管路、減壓閥和接頭占地面積大；③多樣化的SF6補(bǔ)充裝置具有相似的外形，使檢修人員常常認(rèn)錯(cuò)，降低了工作效率；④具有相同的減壓閥和管路的SF6充氣裝置卻不能共用接頭，浪費(fèi)了資源；⑤當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用出現(xiàn)減壓閥損壞、管路老化、接頭銹蝕時(shí)，由于氟化硫補(bǔ)氣裝置的專(zhuān)屬性，需要置換整套裝置，缺乏經(jīng)濟(jì)性；⑥SF6補(bǔ)氣裝置保管和運(yùn)輸時(shí)極易發(fā)生雜質(zhì)和水分等進(jìn)入接頭或管路的現(xiàn)象。

圖3 電力設(shè)備SF6 充氣裝置充氣流程

不同SF6充氣裝置具有不同的結(jié)構(gòu)、連接方式和充氣流程，通過(guò)調(diào)研統(tǒng)計(jì)32 家充氣設(shè)備廠(chǎng)家1 600多臺(tái)充氣設(shè)備，得出同一廠(chǎng)家不同型號(hào)的充氣接頭都不一致，充氣接頭繁雜，難以辨識(shí)和管理，設(shè)備整體復(fù)雜，攜帶不便，補(bǔ)氣準(zhǔn)備工作時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了SF6充氣效率。 要提高SF6充氣效率，需要從現(xiàn)狀入手，簡(jiǎn)化現(xiàn)有充氣結(jié)構(gòu)，輕量化成套裝置并設(shè)計(jì)多用化接口，使其易分辨的同時(shí)能方便快捷地完成充氣工作。

3 SF6 快充裝置設(shè)計(jì)

3.1 改進(jìn)SF6 快充裝置

針對(duì)現(xiàn)階段SF6充氣裝置存在的問(wèn)題，亟需研究一個(gè)集不同規(guī)格充氣接頭、檢漏儀，補(bǔ)氣工具為一體的，實(shí)現(xiàn)多個(gè)接頭共用一個(gè)充氣管路且可以快速連接的成套快速充氣裝置，以縮短補(bǔ)氣工作的準(zhǔn)備時(shí)間，實(shí)現(xiàn)六氟化硫快速充氣。 基于此，文中在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以充氣接頭、連接管路和箱體三部分的改進(jìn)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)SF6充氣裝置的優(yōu)化。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有充氣接頭、連接管路和箱體的調(diào)研與參數(shù)對(duì)比，選取氣體快速接頭、高壓PU 管和鋁板箱體作為優(yōu)化裝置的器件材料。 氣體快速接頭通過(guò)卡扣連接與輸氣管道配套使用，不用借助工具便可進(jìn)行連接與斷開(kāi)操作，提高了工作效率。 連接充氣管時(shí)，通過(guò)氣壓閥門(mén)調(diào)節(jié)或關(guān)閉閥門(mén)不會(huì)造成SF6氣體外泄，不會(huì)造成人體危害和環(huán)境污染，具有較好的氣密性；相比于其他連接管路，高壓PU 管具有更好柔韌性、更小轉(zhuǎn)換半徑、更低成本且更輕便攜帶；鋁板箱體在滿(mǎn)足SF6快速充氣裝置要求的同時(shí)，還具有高強(qiáng)度、強(qiáng)抗震、低成本和受環(huán)境影響小的優(yōu)勢(shì)。

改進(jìn)后的移動(dòng)式多功能SF6快充裝置包括車(chē)體、供電單元、加熱單元、計(jì)量秤及輸氣管道、底部車(chē)輪五部分。 使用前，設(shè)置壓力表的壓力值和溫度值，讀取鋼瓶重量原始數(shù)據(jù)。 充氣時(shí)，先將SF6鋼瓶放置在計(jì)量秤上并系好綁帶，再將減壓閥通過(guò)導(dǎo)管和SF6鋼瓶連接，推至需要添加或回收SF6設(shè)備附近，其次，接通電源加熱單元，將熱量傳至輸氣管道、SF6鋼瓶和減壓閥進(jìn)行預(yù)熱，完畢后，打開(kāi)閥門(mén)使鋼瓶中氣體輸入到設(shè)備中，直至氣壓傳感器的值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷充氣。 密度繼電器壓力表拆卸檢修校驗(yàn)為高強(qiáng)度工作且存在氣體滲漏的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此可以通過(guò)將氣壓傳感器獲得的氣體壓力值和氣體密度繼電器上的壓力表數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)校驗(yàn)密度繼電器計(jì)量的準(zhǔn)確性，避免因誤讀造成氣室壓力過(guò)大而損害設(shè)備或因過(guò)小滿(mǎn)足不了額定壓力等問(wèn)題出現(xiàn)，從而影響設(shè)備運(yùn)行。 充氣結(jié)束后，氣壓傳感器顯示的壓力值為SF6設(shè)備的氣體壓力。 本設(shè)計(jì)裝置快捷快速的SF6充氣過(guò)程最大化地使用鋼瓶?jī)?nèi)氣體，提高了工作效率的同時(shí)也降低了安全隱患，可移動(dòng)車(chē)架的設(shè)計(jì)使工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備移動(dòng)方便，省時(shí)省力且操作方便。

3.2 基于快插式氣體快速接頭的SF6 快速充氣裝置

為解決多廠(chǎng)家、多結(jié)構(gòu)斷路器配套充氣裝置外形相似、結(jié)構(gòu)各異的難題，文中提出了一種快插式快速接頭，其一頭與廠(chǎng)家接口配套，一頭采用通用口與通用充氣管接頭配套。 此設(shè)計(jì)將SF6充氣裝置簡(jiǎn)化成了“廠(chǎng)家獨(dú)特接口”＋“快插式快速接頭”＋“通用充氣管接頭”＋“充氣管”的結(jié)構(gòu)，保留的核心部件實(shí)現(xiàn)了所有充氣功能。 針對(duì)不同廠(chǎng)家不同型號(hào)的設(shè)備，僅需更換快速接頭設(shè)備中的“快插式快速接頭”部分即可，無(wú)需更換充氣管接頭，提高了整套SF6補(bǔ)氣裝置的泛用性。 檢修變電站時(shí)，面對(duì)多個(gè)不同接口類(lèi)型的斷路器或變壓器，基于快插式快速接頭的SF6快速充氣減少了更換接頭時(shí)間，提高了效率。

為使充氣裝置和設(shè)備型號(hào)一一對(duì)應(yīng)，統(tǒng)計(jì)了所轄SF6斷路器廠(chǎng)家類(lèi)型，并按照電站和型號(hào)分類(lèi)，如表1所列，將所有快插式充氣接頭建立了編號(hào)，實(shí)現(xiàn)了“對(duì)號(hào)入座”管理。 連接配套快速接頭的充氣管接頭為卡套式接頭，不需要螺栓固定和綁扎方式固定，只插入充氣管即可。 螺母連接氣體快速接頭與接頭，空氣快速接頭與充氣管接頭，拆卸方便。 快插式氣體快速接頭通過(guò)卡扣連接與充氣管配套使用，通過(guò)氣壓表閥門(mén)調(diào)節(jié)關(guān)閉閥門(mén)，防止了SF6泄露，不會(huì)危害人體健康和也不會(huì)造成環(huán)境污染。 新購(gòu)斷路器時(shí)不必再購(gòu)買(mǎi)原廠(chǎng)配套的SF6充氣裝置，節(jié)約了成本。

表1 轄區(qū)變電站設(shè)備充氣接口參數(shù)

4 結(jié) 語(yǔ)

文中針對(duì)傳統(tǒng)SF6充氣裝置結(jié)構(gòu)和充氣流程的不足，改進(jìn)了SF6充氣裝置的氣體快速接頭、高壓PU管和鋁板箱體三個(gè)部分，設(shè)計(jì)了快插式氣體快速接頭的SF6快速充氣裝置，實(shí)現(xiàn)了充氣裝置和設(shè)備型號(hào)的一一對(duì)應(yīng)，提高了SF6充氣裝置工作效率，輕量化了SF6充氣裝置質(zhì)量與體積，減少了SF6充氣裝置外形相似、結(jié)構(gòu)各異的管理難度。 基于改進(jìn)后的SF6充氣裝置提出了標(biāo)準(zhǔn)化、流程化的充氣方案，提高了新型SF6充氣裝置的實(shí)用性。