GIS設備六氟化硫注氣效率的研究

林軍浩 陶文華

（浙江省送變電工程公司 浙江杭州 310016）

GIS設備六氟化硫注氣效率的研究

林軍浩 陶文華

（浙江省送變電工程公司 浙江杭州 310016）

GIS設備抽真空和注氣效率是影響GIS設備安裝的關鍵因素，通過對GIS設備六氟化硫注氣的模擬實驗，得到相關數據并進行分析，可知注氣時氣瓶內由于溫度和壓力下降，六氟化硫出現氣-液相平衡態導致汽化效率降低從而影響充氣效率。因此可以采用六氟化硫加熱裝置持續的給六氟化硫氣瓶提供汽化熱，從而提高注氣效率。

GIS；注氣效率；六氟化硫；加熱裝置

1 引言

氣體絕緣組合電器（GIS）設備因占地面積小，可靠性高，維護工作量少等優點，在電力系統內得到廣泛應用。越來越多使用GIS設備是一個未來的趨勢，如何優質高效的完成GIS設備安裝是輸變電工程施工單位研究的重點課題。

GIS設備六氟化硫注氣工作由于六氟化硫氣體的獨特性質和本作業對周圍環境因素比較敏感，無法通過常規的措施來有效保證作業進度，往往成為GIS設備安裝過程中的制約因素，如何優質高效的做好GIS設備安裝中的六氟化硫注氣工作是GIS設備安裝中的重點內容。

2 六氟化硫的飽和蒸汽曲線

根據國家標準《工業六氟化硫》（GB12022-2006）的要求，變電工程現場使用的六氟化硫一般使用40L高壓氣瓶運輸，重量為每瓶50kg，氣瓶的公稱壓力為12.5MPa，純度在99.9%以上，六氟化硫在瓶內以液態形式存在。

和六氟化硫注氣過程密切相關的物理參數是飽和蒸汽壓。六氟化硫氣體飽和蒸汽曲線如圖1所示。

圖1 六氟化硫飽和蒸汽曲線

3 六氟化硫注氣過程現場模擬實驗

由理論推導可以得出，GIS設備六氟化硫注氣時設備氣室可以看做是真空氣室進行注氣，對其注氣的時間是一個分段函數，在剛開始注氣時，氣體以音速注氣，注氣流量為常數，是線性曲線；當達到臨界壓力后，氣體以亞音速注氣，注氣壓力升高，流量逐漸降低。從達到臨界壓力開始，直到注氣結束，曲線為非線性變化。

為能較直觀的了解六氟化硫注氣過程，我們采用了現場模擬實驗的方法進行研究，并結合有關理論對各階段變化進行分析。

本成果現場模擬實驗在500kV某變電站現場展開，使用氣瓶進行注氣，記錄溫度變化和壓力變化，每10min記錄一次。在完成試驗后，相關數據用excel進行曲線擬合，從而得到溫度變化關系曲線和壓力變化關系曲線。

4 對記錄的數據和壓力時間變化關系的分析

由模擬實驗得到的氣室、氣瓶溫度的時間關系曲線和氣室、氣瓶壓力的時間關系曲線并結合六氟化硫飽和蒸汽曲線，可以對氣室的六氟化硫注氣實際過程分階段進行討論。

（1）注氣開始前，氣瓶和氣室內溫度基本同室外環境溫度，氣瓶內六氟化硫氣體為當時環境溫度下飽和蒸汽的壓力，模擬實驗時按氣瓶最大公稱壓力12.5MPa討論，氣室內為真空。

（2）音速充氣階段：六氟化硫氣體通過氣瓶減壓閥和六氟化硫抽真空注氣裝置內的充氣閥門以音速勻速的向真空氣室進行注氣，由于六氟化硫氣體從氣瓶不斷的注入GIS設備氣室，氣瓶內壓力逐漸降低，而GIS設備氣室壓力逐步上升。同時，氣瓶內液態六氟化硫不斷汽化，從周圍大量吸收熱量，氣瓶和氣體溫度不斷下降。

（3）亞音速充氣階段：在注氣閥門出口六氟化硫氣體壓力和氣室內六氟化硫氣體壓力達到臨界壓力比后，氣室內注氣速度開始降低，進入亞音速注氣階段。在本階段，隨著氣瓶內六氟化硫壓力下降和溫度下降，瓶中的六氟化硫氣體實際的壓力-溫度曲線會與飽和蒸汽曲線交叉，瓶內六氟化硫會進入一個氣-液相動態平衡狀態，瓶內液態的六氟化硫不再汽化，無法持續的向氣室供氣，這時，現場氣室注氣效率便會極大的降低。

（4）注氣完成后：在亞音速充氣足夠長的時間后，GIS設備氣室內的六氟化硫氣體壓力能滿足設備要求，則本次注氣過程順利完成。

由上述分析可以看出：如果考慮實際作業環境，音速注氣階段由于六氟化硫氣瓶汽化條件比較好，GIS設備氣室內壓力-時間關系曲線和理想模型的壓力-時間關系曲線比較接近，但是亞音速注氣階段，由于氣瓶內液態六氟化硫汽化吸熱導致瓶內六氟化硫氣體實際的壓力-溫度曲線和飽和蒸汽曲線交叉，此時瓶內六氟化硫進入氣-液相平衡態，該階段注氣效率降低，時間延長，從而影響六氟化硫注氣工作。

5 結論

注氣時的GIS設備氣室內氣體的壓力-時間曲線都是一條擬合指數函數的曲線，前期時速度快，效率高，時間省，后期則速度變慢，效率降低，耗時不成比例的增加。

由六氟化硫注氣模擬實驗結果及其分析可知，要提高六氟化硫注氣效率，關鍵在于確保氣瓶內液態六氟化硫能不斷的汽化，避免氣瓶內實際壓力-溫度曲線與飽和蒸汽曲線交叉，導致出現六氟化硫氣-液相平衡狀態，就能很好的保證氣室實際的充氣的壓力-時間曲線能有效擬合修正前的曲線來確定注氣時間。

結合六氟化硫運輸、保存、使用的有關規定，我們研制了六氟化硫氣瓶加熱裝置，能同時進行六個六氟化硫氣瓶的加熱和溫度控制，具有很強的實用性。

經過現場實際使用驗證，使用本裝置可以有效的提高GIS設備抽真空、注氣40%以上的效率，具有極大的節能減排和經濟效益。

[1]夏泰淳，主編.工程流體力學.上海交通大學，2006.

[2]廉樂明，李力能，吳家正.工程熱力學（第四版）.高等教育出版社，2007.

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[4]成都新為成科技.ANB智能真空泵使用說明書.

[5]《工業六氟化硫》（GB12022-2006）.

[6]《六氟化硫電氣設備運行、試驗及檢修人員安全防護細則》（DL/T639-1997）.

[7]六氟化硫電氣設備中氣體管理和監測導則.

TM595

A

1004-7344（2016）06-0223-01

2016-2-6

林軍浩（1984-），男，浙江杭州人，本科，研究方向為項目管理。