大型SF6設備如何快速充氣·

李金明 劉靜 壽慶江 江山

摘 要:SF6氣體是一種應用于高壓設備極好的氣體電介質,它已廣泛應用于斷路器、GIS、變壓器等電氣設備。大型SF6設備需要現場組裝、現場充氣。目前大型設備充SF6氣體是一個比較困難的問題,充氣速度慢,鋼瓶內剩余SF6氣體量大,造成嚴重浪費。通過水循環加熱法,控制充氣速度,極大的減少了充氣時間,并且使SF6氣體得到充分利用。這種充氣方法簡單,易于操作,具有很大的應用價值和經濟價值。

關鍵詞:快速高效充分利用社會價值經濟價值

中圖分類號:TM5 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0062-02

1引言

SF6是一種應用于高壓設備極好的氣體電介質,它已廣泛應用于斷路器、GIS、變壓器等電氣設備。SF6氣體的耐電強度高、滅弧能力強、通常無液化問題、化學穩定性好,它是現今為止最理想的絕緣和滅弧介質。GIS等組合電氣設備需要大量的SF6氣體,并且這些設備一般都在現場組裝,現場充氣。目前大型設備充SF6氣體是一個比較困難的問題。主要問題有,(1)充氣速度太慢,延誤組裝時間,大大加長了施工工期;(2)SF6鋼瓶內剩余大量SF6氣體,造成嚴重浪費,增加了電力成本。

2SF6設備充氣難的原因

SF6氣體在鋼瓶內呈液態儲存,經減壓閥變成氣態后充入電氣設備,這種充氣過程在物理學上稱為汽化。液體中分子的平均距離比氣體中小得多,汽化時分子平均距離加大、體積急劇增大,需克服分子間引力并反抗大氣壓力作功。因此,汽化需要吸收熱量,汽化所需熱量可以由自身、周圍物體或周圍環境提供,當提供的熱量不能滿足汽化需要的熱量時,液態物體的自身溫度就要降低,液態SF6溫度降低,汽化的速度就會減慢,也就是充氣的速度減慢了。當液態SF6溫度降到凝固點以下時,SF6就會變成固態,這時汽化的速度就更慢了。我們看到的現象就是:SF6鋼瓶下部會結一層厚厚的冰,如果我們向鋼瓶上潑些水,水會立刻結成冰,這就說明此時鋼瓶內部遠遠低于零攝氏度,充氣幾乎停止。

這種現象在冬季最為明顯,因為冬季氣溫低。將一個滿瓶的SF6鋼瓶接入設備進行充氣,當充氣進行大約5分鐘左右時,鋼瓶下部就會開始結冰,充氣速度明顯減慢。到8分鐘左右時結冰就已經很厚,充氣基本停止。在夏季的時候,雖然氣溫比較高,但在充氣到7分鐘左右時,鋼瓶底部也會開始結冰,充氣速度明顯減慢。到10分鐘左右時,結冰會變厚,充氣基本停止。這時我們就只能將冰凍的鋼瓶卸下,換上一個新的鋼瓶繼續充氣。這個被冰凍的鋼瓶內還有大約60%以上的氣體,如果我們棄之不用,那么我們就浪費了大量的SF6氣體。SF6氣體是很昂貴的,這樣就大大增加了電力設備的成本。如果將鋼瓶放在陽光下,讓其自然融化,則需要很長的時間。在夏季至少要放置3小時以上才能再次使用,在冬季至少要放置5小時以上才能繼續使用。GIS設備需要大量的SF6氣體(不同廠家的設備需要氣體量不同,假設一個GIS電氣間隔需要2瓶SF6氣體,一個GIS共10個電氣間隔),一個電氣間隔用3-4瓶氣體進行輪流充氣,當鋼瓶底部結冰,速度慢了就換上其他的鋼瓶繼續充氣。當設備間隔內氣體壓力增加后,由于鋼瓶內的壓力與電氣間隔內SF6氣體壓力差減小,也會減慢充氣速度。把一個電氣間隔充到標準壓力至少需要5～6小時。一個GIS組合電氣完全充完氣體就需要50～60個小時,冬季所需時間會更長,并且每個鋼瓶內都會剩余大量的SF6氣體,會造成大量浪費。并且需要多次更換充氣鋼瓶,有可能對設備內SF6氣體的微水含量造成影響。

3減少充氣時間的方法

怎么才能減少充氣時間,減少鋼瓶內剩余的氣體量,一直是現場充氣需要解決的問題。各大型電氣設備廠家和供電施工單位使用了很多方法,雖然提高了一點充氣速度,但仍然有很大缺點。

方法一:在充氣的同時,用木柴等可燃物直接對鋼瓶底部加熱。這種方法可以提供鋼瓶內SF6汽化所需的熱量,但會將SF6鋼瓶底部燒黑,不利于廠家對鋼瓶的回收,并且木柴燃燒產生的熱量大且不均勻,鋼瓶內溫度極低,由于局部劇烈受熱,很可能導致SF6鋼瓶爆炸,因此這種方法是不可行的。

方法二:在充氣的同時,用電熱毯等加熱設備裹住SF6鋼瓶,用電熱毯通電后產生的熱量來提供鋼瓶內SF6汽化所需的熱量。由于電熱毯功率小,不能平衡鋼瓶內SF6汽化所需的熱量。并且鋼瓶底部結冰后,電熱毯將冰融化產生的水會使電熱毯受潮,甚至短路,燒毀,發生火災,這種方法也是不可行的。

方法三:在充氣的同時,將鋼瓶放到大功率的取暖設備上。這種方法由于鋼瓶受熱面積小,也只能提供一部分汽化所需的熱量,并且也只是局部受熱仍然可能造成鋼瓶的爆炸。這種方法也是不可行的。

方法四:在充氣的同時,用噴燈的火焰烘烤鋼瓶表面。鋼瓶用起重設備吊起,噴燈的火焰均勻的在鋼瓶表面行走,這樣不至于使鋼瓶因局部受熱而爆炸,但現場操作起來比較困難,需要起重設備和專人使用噴燈烘烤。并且噴燈的火焰不能平衡鋼瓶內SF6汽化需要的熱量。在冬季的時候,用這種方法充氣,8分鐘左右鋼瓶底部就會出現結冰,10分鐘左右就基本停止充氣。這種方法仍然沒有有效的解決充氣時間長和鋼瓶內剩余氣體多的難題。

4水循環加熱法

我們通過多次GIS大型電氣設備充氣的試驗,現在已基本形成一整套完整的充氣方法,這種方法不僅極大的縮短了充氣時間,并且可以使鋼瓶內的氣體使用率在96%以上。用這種方法我們完全充完一個8個間隔的GIS組合電氣設備,總共使用了17瓶SF6氣體,共用時8個小時。一滿瓶的SF6氣體只需要30分鐘便可以完全充入設備內,中間不需要更換其他的鋼瓶,并且充完氣的鋼瓶內剩余的SF6氣體量少于4%,這不僅極大的縮短了充氣所需的時間,且充分的使用了SF6氣體,大大減少了電力設備的成本。減少了更換鋼瓶的次數,同時也減小了對設備內SF6氣體微水含量的影響。

4.1 準備用品

絕緣膠墊一張、大號塑料水桶(高度大于50cm、桶口直徑大于2倍SF6鋼瓶直徑)1個、熱水器(普通燒水用的熱水器即可,功率在800～1000W每個)8個、起重設備,便于將鋼瓶吊起(條件不允許的施工現場也可以不用)、220V電源、絕緣橡膠手套2付、溫度計1個。

4.2 充氣的具體步驟

(1)將大號塑料水桶內倒入2/3的水,放在絕緣膠墊上。

(2)將待充氣的鋼瓶用起重設備吊起后,放在水桶內,水桶內的水不溢出即可。鋼瓶的底部不要接觸大號塑料水桶的底部。如果施工現場沒有起重設備,可以倆個人一起將SF6鋼瓶抬起,直立放入桶的中間部位,底部用磚頭墊起,鋼瓶底部距離桶底留有3-5cm的間隙,便于水的循環。

(3)在水桶內放入4個熱水器,熱水器的使用要按照我們日常生活中燒水的方法,熱水器燒水部分要完全放入水中,且不可以讓水進入熱水器的電氣部分。

(4)接好充氣裝置,打開閥門進行充氣。

(5)接好熱水器,觀察水的溫度變化,桶內水的溫度控制在30～40攝氏度之間。工作人員要帶絕緣橡膠手套,禁止直接用手接觸SF6鋼瓶和熱水器。如果發現鋼瓶底部結冰,水桶內的水溫度不高時,可以增加1-2個熱水器,增加熱量。如果發現水桶中水的溫度過高,要及時減少1～2個熱水器,以減少桶內熱量。降低水的溫度,可以減慢充氣速度。提高水的溫度可以加快充氣速度。

(6)發現SF6鋼瓶內氣體已經很少,充氣困難時。先停熱水器,將熱水器全部拔掉,然后在停止充氣。更換新鋼瓶重復步驟1～6。

4.3 注意事項

(1)要先打開充氣閥門進行充氣,然后在對水加熱。如果先加熱,水可能很快就會沸騰,可能造成鋼瓶內氣體溫度過高,壓力過大,鋼瓶爆裂。

(2)通過聽充氣管內氣流的聲音和觀察壓力表壓力的變化判斷鋼瓶內剩余SF6的數量。當剩余SF6很少,充氣管內氣流聲很微弱,充氣困難時,要及時停止充氣。停止充氣要先停止加熱,把熱水器全部拔掉,然后在關閉閥門停止充氣。

3)操作時要帶絕緣橡膠手套,不要用手直接接觸鋼瓶和電熱器,防止觸電。

4)用起重設備吊起鋼瓶懸于水桶中,鋼瓶要放穩,不要左右搖擺,防止鋼瓶將水桶撞倒,鋼瓶底部距離桶底留有3～5cm的間隙,便于水的循環。

5)水的溫度不易過高,最好控制在30～40℃即可。

6)如果充氣的環境密閉且空間不大時,打開通風裝置,降低室內空氣濕度,減小對SF6氣體微水含量的影響。

這種方法是用熱水器加熱水,通過增減熱水器的數量控制水的溫度,也就是控制向水中輸送的熱量,控制簡單。然后水將熱量傳給放置在水桶中的SF6鋼瓶,由于鋼瓶下半部分放置在水中,鋼瓶溫度很低,水的溫度高,水自然會產生循環,鋼瓶受熱均勻,沒有發生爆炸的危險。如果工作現場沒有起重設備,可以在水桶底部放置幾塊磚頭,將SF6鋼瓶墊起,不要將鋼瓶直接放到水桶內,以免影響鋼瓶底部的水循環,鋼瓶放在磚頭上要放穩,注意鋼瓶不要發生傾倒。

由于充氣過程桶內水的溫度控制在30～40℃之間,水的溫度很低,遠遠低于水的沸騰點,因此桶內水的蒸發量很小,幾乎不會影響整個充氣環境的濕度。如果充氣環境密閉且小,可以打開通風裝置,降低空氣的濕度。用這種方法對GIS組合電氣設備充氣完成以后,放置規定的靜置時間,對GIS組合電氣的每一個單獨氣室進行SF6氣體微水含量檢測,SF6氣體微水含量基本在60～80ul/L,小于國家規定的標準(投入運行前的設備SF6微水含量≤150ul/L)與普通充氣測得的SF6微水含量基本一致。也就是說,用水給SF6鋼瓶加熱并不會影響充入設備內的SF6氣體的微水含量。

5結語

這種SF6快速充氣方法不受季節溫度的影響,不受地理環境的限制,在全國范圍內可以普遍的應用。這種充氣方法操作簡單,所需設備簡單。解決了GIS等大型SF6電氣設備充氣時間長的難題,并且可以將SF6氣體充分應用,大大減少了鋼瓶內剩余的SF6氣體,大大降低了電氣設備的成本,有很大的社會價值和經濟價值,這種充氣方法具有很高的應用價值。

參考文獻

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