六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統的研制

(廣東電網有限責任公司珠海供電局,廣東 珠海 519000)

1 引言

近年，隨著經濟的穩步發展，國家對電網建設的投資逐年增加。基于環保、智能、高效、穩定的綠色電網發展理念，新入網設備的選擇逐漸趨向集成化、無油化、智能化。據相關文獻數據，我國330～500kV斷路器投運量正以每年15%～20%的速率增長，110kV及以上電壓等級的斷路器大多是GIS或SF6斷路器[11]。電力設備數量的急劇增長，也意味著電網企業SF6氣體用量需求的級數增長。SF6氣體的全生命周期管理得當，有助于提高設備的運行可靠性，延長使用壽命。

SF6氣體作為最常見的絕緣滅弧介質，一直以來都被廣泛應用于GIS、斷路器、電壓(流)互感器等各類電力設備中，但它除了具有極佳的絕緣性能之外，還會產生嚴重的溫室效應(是CO2的2.39萬倍)，被列為禁止排放的六種溫室氣體之一。隨著各種SF6電氣設備的大幅度投入運行，SF6監督的復雜性也在逐步增加，SF6設備的檢修量也相應逐步增多。為打造成為服務經濟社會發展的綠色電網，完善SF6氣體全生命周期精益化管理迫在眉睫[12]。

2 電網企業六氟化硫氣體使用及管理現狀

近年，響應國家節能減排的可持續發展政策，南方電網率先做出“零排放”承諾，各地電網先后出臺相關措施，強化SF6氣體管理。

廣東電網公司提出一系列“加強六氟化硫氣體回收及配送工作管理”的相關要求，如：將供氣方式由按需配給方式調整為按“氣體回收量+合理損耗(氣體回收量×8%)”的方式；在開展六氟化硫氣體絕緣設備檢修作業時，要求嚴格做到氣體100%回收等。

安徽電網在加強SF6氣體新氣驗收及現場質量監督管控的同時，提出SF6氣體“統購、統檢、統售”的管理模式，由公司電科院監督檢測中心集中負責該省各地市局的SF6氣體配給、回收、檢測等[12]。

貴州電網則對轄區內的SF6設備漏氣缺陷進行了專項排查，對造成漏氣缺陷的原因進行了深入分析，并從完善設備運維管理、優化現有檢修試驗作業方法等角度提出改進措施。

通過對各地電網SF6氣體管理現狀的調研分析發現，目前各地市局尚未形成智能化程度高、臺賬覆蓋面廣、業務針對性強的六氟化硫氣體全生命周期規范管理手段及輔助工具。且現有的SF6氣體管理及補氣回收工作主要存在以下問題：

(1)SF6氣體使用/回收量難以精準計量。準確掌握SF6氣體的使用/回收量，是實現SF6氣體全生命周期精益化管理的基礎。然而，目前我國仍有不少地市局在使用/回收SF6氣體時僅通過目測設備氣壓，來對氣體用量進行粗略估算。一些重視SF6氣體管控的地市局，采用對SF6氣體鋼瓶稱重的方式來獲取準確的SF6氣體用量信息。但受限于復雜的現場工況，部分情況下無法對氣體進行稱重，也就無法獲取精準的氣體用量信息。

(2)SF6氣體與電力設備之間未建立關聯臺賬。目前，尚未見文獻提及SF6氣體設備和SF6氣體信息的集成管理，設備內充氣體來源、補氣/回收信息難以追溯，影響對設備狀態和工作成效的準確評估。

(3)臺賬繁雜，智能化程度不高。根據調研了解，各地市局的SF6氣體普遍由物流/電科院負責集中采購(配給)與回收，化學專業負責派發及試驗監督，運檢專業負責使用操作。SF6氣體使用過程中，多專業、跨部門參與，臺賬多，管理信息冗雜，且跨專業查詢不便，缺乏智能、集成、適用面廣的一體化管控平臺。

針對上述問題現狀，論文提出一套六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統。

3 六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統功能及原理

3.1 功能概述

六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統將SF6氣體倉儲管理臺賬、SF6氣體設備臺賬、SF6氣體使用跟蹤臺賬、SF6氣體回收處理臺賬等集成整合于一體，實現覆蓋SF6氣體使用全生命周期的精益化管理，管理策略如圖1所示。

圖1 六氟化硫氣體全生命周期管理策略

通過六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統，主要可以實現以下功能：

(1)通過系統配套的PC端軟件及移動終端APP，實現氣體全生命周期信息的準確記錄、跟蹤、查詢。

(2)運用氣體及設備身份編碼技術，生成氣瓶及設備的身份編碼，關聯氣體-設備臺賬，實現氣體使用、設備運維信息的智能管理。

(3)通過傳感稱重、動態流量計量等方式，實現SF6氣體使用、回收量的動態精準計量管控。

(4)運用云端及無線數據傳輸技術，使系統數據在滿足網絡安全的條件下，實現內外網交叉互聯，打破跨專業管理壁壘，方便作業人員的實時查閱。

3.2 原理設計

六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統主要由硬件部分和軟件部分構成。

硬件部分實現氣體使用過程中的精準定量計量；軟件部分實現氣體全生命周期、設備氣體使用相關信息的全臺賬集成管控。裝置硬件部分結構如圖2所示。

從圖中可見，稱重裝置可承載40L的氣體鋼瓶，通過稱重表頭獲取準確的鋼瓶內SF6氣體重量變化數據。此外，當在現場無法通過鋼瓶稱重獲取用量數據時，可將裝置的自封接頭與設備SF6氣體取樣閥相連，通過質量流量計來對SF6氣體用量進行計量。

圖2 裝置硬件部分結構圖

硬件部分可在現場實時獲取充氣鋼瓶重量、氣體流量、鋼瓶溫度、操作前后的設備壓力等數據，數據可儲存、導出，也可通過RS485通訊傳輸至藍牙傳輸模塊，由藍牙傳輸模塊將數據傳輸至藍牙接收設備等移動終端，最后通過網絡數據傳輸將數據上傳至后臺監控系統，實現對SF6電氣設備充補氣數據實時監控管理。同時，系統平臺中的數據可通過掃碼、手動輸入等方式進行實時聯網查詢。數據傳輸原理如圖3所示。

圖3 數據傳輸原理圖

系統配套的PC端軟件可在WINDOWS 操作系統下運行，移動終端APP滿足安卓系統運行平臺，并實現友好的人機界面和操作體驗。軟件在符合相關網絡安全要求的前提下可同時滿足移動應用深度集成開發及互聯網接入條件。基于Exmobi研發框架、移動應用中間件(Exmobi Server)、移動應用研發工具(MBuilder)，在移動應用平臺研發規范下開展移動應用建設，通過該種集成方式可以共享移動應用平臺的網絡通道、內外網穿透能力。

軟件部分的設計主要有以下幾方面：

(1)建立轄區變電站點基礎信息和SF6電氣設備臺賬，完善設備基礎信息和技術參數信息；并以設備為核心、氣體品質管理為主線進行設備生產運行和氣體全生命周期的全面管理。

(2)臺賬集成關聯管理：針對地方局變電站運行設備的六氟化硫氣體品質管理、檢修設備換氣加氣數據臺賬、故障/缺陷設備氣體數據、設備預試氣體數據、氣體庫存數據等模塊功能。

(3)氣體登記管理：建立入網新氣和回收氣體臺賬信息管理；對新氣入庫、出庫和庫存進行動態管理，通過登記鋼瓶編號、氣體來源、生產廠家、氣體的入庫重量等關鍵信息，系統則會自動生成獨一無二的氣體身份編碼，用于該氣瓶氣體全生命周期管理中。

(4)氣體查詢：通過輸入或選擇氣體編碼，可以查看新氣入庫后具體的氣體編號、鋼瓶編號、入庫日期、生產廠家、入庫重量等數據信息，也可修改或刪除入庫后的未用備用氣體信息。

(5)氣體操作：用于氣體補氣操作，首先輸入或選擇氣體編號，可以查看具體的氣體氣瓶上一次使用后的剩余氣量，確認符合使用條件后，選擇氣體操作，就可以對氣體進行操作。

(6)氣體操作記錄查詢：通過查詢選擇站名，開始日期，結束日期等條件查詢歷史氣體操作記錄，包括氣瓶編號、使用日期、使用氣量、剩余氣量、設備名稱、操作人、設備補氣前后氣壓等信息。

(7)數據統計分析：關聯六氟化硫氣體管理臺賬和六氟化硫電氣設備臺賬等多個臺賬，適配、關聯公司內部管理軟件，實現氣體全生命周期信息的準確跟蹤。

此外，軟件設計過程中，根據運行、檢修、試驗等專業人員的使用習慣，定制了設備及氣體數據跟蹤統計分析報表，并對氣體鋼瓶、設備氣室進行了統一編碼，現場人員通過掃描編碼可將數據信息與設備關聯。

4 結論

六氟化硫氣體全生命周期管理集成系統可以用于變電運行、檢修、化學等專業涉及SF6氣體的工作中，具有廣闊的推廣應用前景，能徹底解決臺賬冗雜無法實時查詢、設備SF6氣體用量情況無法實時跟蹤記錄、難以精準計量SF6氣體用量等問題，有助于SF6氣體使用及歸口管理單位準確、直觀的掌握SF6氣體的使用、回收信息，以便于更加及時、恰當的調整SF6氣體倉儲供應。

此外，SF6氣體全生命周期管理理念的推行可為企業節約巨大的運維成本，對減少環境污染、踐行綠色電網發展理念，將起到積極作用。