帶電絕緣開關氣體凈化裝置的設計

戈興祥，張建飛，廖偉興

(1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2.河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001)

0　引　言

隨著電力行業的迅速發展，大量的SF6氣體絕緣開關不斷地投入運行。在SF6氣體絕緣開關中，水分含量是一項極其重要的指標，水分含量超標，會導致開關絕緣性能降低，有可能出現設備故障。并且在絕緣開關運行過程中，由于電弧、電暈、火花和局部放電、高溫等因素影響下，SF6氣體會發生分解，分解物遇到水分后會變成腐蝕性電解質，會對部分金屬物、絕緣件產生腐蝕作用，進而影響絕緣開關的壽命，甚至造成嚴重的設備故障。產生的有些高毒性分解物如SF4、S2F2、HF和SO2等對人體有害，甚至危及生命。為此，國家和電力行業相關標準或規范，如《六氟化硫電氣設備運行試驗及檢修人員安全防護細則》、《六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢驗導則》等，均提出了絕緣開關中SF6氣體質量監督和管理要求。《六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢驗導則》中明確規定“運行設備若發現濕度超出標準，應進行干燥、凈化處理”。現階段，我國電力市場上的SF6氣體回收凈化設備都是針對SF6絕緣開關的生產、安裝及檢修維護而研發，在絕緣開關內部氣體水分或分解物含量超標，有可能影響開關正常運行時，就必須停電檢修。但是，停電會影響電網的正常運行，而且檢修并置換氣體程序復雜、工作量較大，因此如何在不停電狀態下進行絕緣開關中的SF6氣體的凈化處理成為亟需解決的問題。

1　帶電絕緣開關氣體凈化裝置的設計

帶電絕緣開關氣體凈化裝置能夠在不停電狀態下，對絕緣開關內SF6氣體進行凈化處理，去除氣體中的水分和分解產物。凈化過程不影響絕緣開關的正常運行，實現開關帶電連續工作。

1.1　設計原理

帶電絕緣開關氣體凈化裝置的基本工作原理是：利用增壓裝置將絕緣開關氣室中的一定量的SF6氣體進行抽出，經過吸附裝置后，注入緩沖灌內；再利用增壓裝置將緩沖罐內的氣體抽出，再次經吸附裝置后，回充至絕緣開關氣室。在氣體經吸附裝置時，吸附裝置內的吸附劑能夠有效吸附氣體中所含的水分和分解物。然后重復此過程，最終完成SF6氣體的凈化處理。

1.2　工作流程

本文所設計的帶電絕緣開關氣體凈化裝置主要由吸附裝置、真空泵、增壓裝置、緩沖容器組成，工作流程如圖1所示。在開始氣體凈化前，首先要對裝置及管路抽真空，避免裝置及管路內的雜質氣體給凈化過程帶來污染。絕緣開關氣室內的SF6氣體進入帶電絕緣開關氣體凈化裝置后，首先經過吸附裝置對氣體中所含的水分、顆粒物、SF6氣體分解產物等進行吸附，吸附后的氣體經增壓裝置加壓注入緩沖容器內。當緩沖容器內儲存一定容量的SF6氣體后，將氣體再次注入吸附裝置二次吸附，經增壓裝置加壓回充至絕緣開關氣室內，完成一個凈化過程。然后重復此凈化過程，多次循環后，絕緣開關氣室內的氣體水分和分解物含量降低至允許范圍，最終完成SF6氣體的凈化處理。

圖1　帶電絕緣開關氣體凈化裝置流程示意圖

1.3　結構原理

如圖2所示，本文所設計的帶電絕緣開關氣體凈化裝置主要零部件包括進氣接口1、電磁閥2、電磁閥3、吸附裝置4、電磁閥5、壓縮機6、電磁閥7、緩沖容器8、壓力傳感器9、電磁閥10、減壓器11、電磁閥12。

圖2　帶電絕緣開關氣體凈化裝置結構原理簡圖

裝置的電氣控制由PLC結合觸摸屏控制，通過壓力傳感器傳遞信號來控制電磁閥等零部件的開斷，同時在觸摸屏上進行壓力傳感器壓力設定。

工作時，裝置進氣接口1與開關氣室連接，根據開關氣室容積合理設定壓力傳感器設定值。裝置功能實現過程如下：

(1)吸氣過濾：啟動帶電絕緣開關氣體凈化裝置，電磁閥2、電磁閥3、電磁閥5、電磁閥7打開，壓縮機起動。開關氣室內的氣體經進氣接口1、電磁閥2、電磁閥3后，進入吸附裝置4，SF6氣體內的水分、分解物、顆粒物等被吸附劑吸附。氣體從吸附裝置4流出后，進入壓縮機6加壓，經電磁閥7后，儲存在緩沖容器8內。

(2)充氣過濾：當緩沖容器8內的壓力達到壓力傳感器設定上限值，電磁閥2和電磁閥7關閉，電磁閥3、電磁閥5、電磁閥10、電磁閥12打開，壓縮機起動。緩沖容器8內的氣體經減壓器11減壓，通過電磁閥12、電磁閥3后，進入吸附裝置4，SF6氣體內的水分、分解物、顆粒物等被二次吸附。氣體從吸附裝置4流出后，進入壓縮機6加壓，經電磁閥10后，回充至開關氣室內。當緩沖容器8內的壓力達到壓力傳感器設定下限值，重復過程1。

通過上述2個階段的過濾吸附，被抽出的SF6氣體被充分的凈化處理，重新回充至開關氣室內。重復此過程，開關氣室內的氣體經多次凈化處理，最終達到降低SF6氣體水分、分解物的含量至允許范圍。

2　試驗驗證

2.1　結構原理

在容積為1 m3的標準壓力容器內配置壓力為0.6 MPa，含有一定含量水分、H2S、SO2、CO的SF6氣體，靜置2 h后，連接帶電絕緣開關氣體凈化裝置，對壓力容器內的氣體進行凈化處理。持續處理2 h后，停機靜置30 min，對壓力容器內的氣體進行水分和分解產物含量檢測。

2.2　驗證結果

經過檢測，經過帶電絕緣開關氣體凈化裝置凈化處理后，氣體的水分、H2S、SO2、CO等的含量均大幅下降,試驗驗證結果見表1。通過驗證，證明帶電絕緣開關氣體凈化裝置完全能夠對開關中SF6氣體的水分和分解物進行凈化處理。

表1　試驗結果

3　結　論

通過吸氣過濾和充氣過濾的二次過濾設計，實現了對開關中SF6氣體的水分和分解物的凈化處理，研制出帶電絕緣開關氣體凈化裝置。該裝置的研制成功，實現了在不停電狀態下進行絕緣開關中的SF6氣體的凈化處理，有效延長了絕緣開關的使用年限，避免了因開關內部氣體水分或分解物含量超標，導致的停電檢修。因此，裝置的推廣應用具有重要意義。

裝置雖然研制成功，但在以下方面仍需改進：一是目前雖然對標準容器進行試驗成功，但是并未在開關帶電運行時進行試驗，裝置的運行是否會對帶電開關的運行產生影響仍有待驗證；二是過濾裝置吸附水分和分解物飽和后，需更換吸附劑，如果在裝置上增加吸附劑再生功能，可以使裝置的功能得到進一步完善。

參考文獻：

[1]林栢成.淺談六氟化硫回收處理中心工程[J].資源節約與環保，2015,(3):57.

[2]劉英衛，鐘世強，祁炯，等.六氟化硫氣體回收處理技術及設備[J].電力設備，2008,(8):14-17.

[3]劉易雄，王同詳.SF6氣體凈化處理系統及應用[J].高壓電器，2014,(2):109-114.

[4]梁方建，王鈺，王志龍，等.六氟化硫氣體在電力設備中的應用現狀及問題[J].絕緣材料，2010，43(3):70-73.

[5]楊師斌.六氟化硫氣體的危害與預防[J].艦船科學技術，2006，28(2):12-16.

[6]陳曉清，任明，彭華東，等.GIS設備中SF6氣體分解影響因素分析[J].電網與清潔能源，2010，26(7):34-38.

[7]祁炯，范明豪，蘇鎮西，等.電力設備用SF6氣體的凈化處理技術研究及推廣應用[J].華東電力，2009,39(9):1492-1498.

[8]陳英，蘇鎮西，祁炯，等.容器和吸附劑對SF6氣體分解產物檢測結果影響的探討[J].華東電力，2011(11):1886-1888.

[9]張建飛，李春明，王玉春.帶磁力耦合裝置的壓縮機隔離罩碎裂原因分析[J].裝備制造技術，2012,(3):172-176.

[10] 白鵬飛，景采文. 電氣設備狀態檢修技術的分析應用[J].電氣技術，2016,(9):139-141.

[11] 毛建坤，湯會增，洪西凱，等. SF6氣體分解物組份檢測法在GIS局部放電故障診斷中的應用[J].電氣技術，2016,(8):99-102.