一種多功能SF6帶電補氣智能集成裝置的研究與應用

陳 滔 王嘯峰

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

隨著電力系統的發展，SF6設備被廣泛運用，同時伴隨的是這些設備在日常維護當中陸續出現的各種問題。下面從對現狀問題的分析、成果介紹以及應用前景分析等方面闡述了本項目的具體內容。本成果屬于原創性創新產品，在市場上無類似產品。裝置徹底解決了SF6充氣設備帶電補氣工作效率低、作業過程排放SF6廢氣導致環境污染等問題，具有較好的社會效益和經濟效益，可在相關行業進行全面推廣應用。

1 問題概述

SF6補氣是檢修專業常見的一項工作，傳統的充氣工作存在以下問題：

1.1 接頭種類多，選擇困難

各個廠家的充氣接頭沒有相關標準，造成對應的充氣接頭種類繁多（圖1），無法通用。作業人員每次工作前，都需要根據現場設備氣室接頭進行選擇，由于設備型號千差萬別導致接頭種類繁多，找到對應的接頭需要耗費一定的時間。另一方面，充氣時需充氣接頭頂開設備逆止閥，但充氣接頭并無檢查逆止閥關閉情況的功能，若逆止閥復位失效，拆開充氣接頭時會造成設備內部氣體大量外泄。

圖1 種類繁多的接頭

1.2 氣瓶重量大，難以搬運

一個SF6氣瓶重量接近100 kg，而作業人員搬運氣瓶至現場需要過草地、上樓梯，傳統的搬運方式都是通過四人扛抬才能運輸到現場（圖2）。這種方式不但存在氣瓶重心不穩跌落傷人的安全風險，同時還需要大量勞動力。

1.3 排放氣體，污染環境

工作前需要使用新氣對管道進行經驗性充洗，以確保管道干燥、無雜質，為了保證管道氣體的純度往往需要更長的時間排氣（圖3），將造成SF6氣體大量排放到大氣中。雖然SF6氣體是一種無色、無臭、無毒、不燃的惰性氣體，但它同時也是聯合國定性的六種溫室氣體之一，直接排放至大氣必定會造成污染。

圖2 現場傳統搬運氣瓶方式

圖3 充氣前需對氣道排氣，造成污染

1.4 控制精度低，不方便操作

運維人員需要長時間在現場根據密度表壓力值進行人工充補氣，不但效率低，而且由于人工讀表數精度不足，還會造成補氣壓力精準度不高。其次，在充氣過程中，由于氣化過程需吸收熱量，如果充氣過快，來不及吸收熱量就會使得液體SF6流入設備內部，造成充入氣室內的SF6壓力過高，因此作業人員只能嚴格控制充氣精度緩慢對設備充氣，防止管道冷凝（圖4）。

圖4 充氣速度過快造成的氣瓶冷凝

1.5 數據管控困難

工作完成后，作業設備和充氣量都缺乏綜合信息化管理，影響對設備狀態和工作成效的準確評估。

2 成果介紹

針對以上問題，研制了一套多功能SF6帶電補氣智能集成裝置（圖5），現分模塊對其具體功能進行闡述。

圖5 多功能SF6帶電補氣智能集成裝置展示

2.1 智能充氣裝置

（1）采用PLC集成電路控制，采集兩側氣體壓力，通過電子閥門進行智能控制充氣，只要在觸摸屏中設置好目標壓力值，就能輕松進行智能化一鍵式操作，到達目標壓力值后，系統自動關閉電子閥門，充氣工作結束，從而實現精準補氣；

（2）裝置加裝了加熱裝置，補充氣化過程所需熱量，保證氣化充分，不但提高了充氣效率，還保證了充氣的精準性要求；

（3）裝置安裝在三輪式小車上，輔助有推、拉把手，便于搬運氣瓶，不但可以提高效率，而且安全可靠；

（4）增加SF6氣瓶稱重裝置，對比充氣前后的重量，就可以獲取設備的充氣量，配合軟件就可以進行新氣氣瓶及設備泄漏量信息化管理。

2.2 小型回收裝置

（1）傳統的回收裝置重量接近1 t，十分笨重。針對回收氣體后不再進行回充的特點，我們去掉了凈化功能，使得整體裝置小型化；

（2）配備小型氣瓶對充氣管道的氣體進行儲存，能夠有效地防治SF6氣體排放到大氣中造成污染，同時起到回收管道氣體的作用，并可實現再生利用，綠色環保；

（3）增加觸摸屏系統，采用智能化一鍵式操作，輕松實現管道氣體回收，不但保證了人員安全，還綠色環保。

2.3 通用控制接頭

（1）可根據充氣設備的型號與配備的各種設備接頭進行連接，保證其通用性；

（2）外部旋鈕采用穿芯式設計，可以直接控制設備充氣接頭逆止閥通斷；

（3）進行充氣時，通過旋鈕打開逆止閥，管道與設備氣室連通，保障氣體進入設備；

（4）充氣結束，通過旋鈕關閉逆止閥后回收氣體，觀察壓力表變化就可以判斷逆止閥是否關閉良好，安全可靠。

2.4 SF6管理軟件

（1）部署于云端，使用便捷，不需要專用服務器，維護成本低。

（2）新氣瓶在使用前需統一進行資料記錄后貼上二維碼，運維人員通過手機APP掃描即可進入一體化臺賬，記錄進行補氣的設備名稱、補氣量和時間等信息，形成SF6氣體的大數據，實現SF6氣瓶的全生命周期管理。

（3）SF6氣體智能跟蹤管理軟件，可對何種設備漏氣較多、運行時間對設備泄漏影響、泄漏量預測等數據進行統計分析，實現信息化管理，為后續運維策略綜合化管理提供依據，實現SF6氣體精益化管理。

3 實施效果歸納

目前本項目成果實際應用于企業日常的充補氣以及氣體管路的各項工作當中，具體效果如下：

（1）提高工作效率。原來帶電補氣工作平均需要5人8 h的工作量，使用本項目裝置進行智能充補后，可減少現場工作人員至2人，且工作時間可縮短至3 h，工作效率提升85%。

（2）減少環境污染。通過本項目裝置回收廢氣再生利用，預計每年可節省SF6氣體消耗量為3%，有效減少了環境污染。使用裝置后，實現了整個充氣過程SF6氣體零排放。按照發改環資[2014]19號文件《節能低碳技術推廣管理暫行辦法》規定，SF6溫室氣體的全球增溫潛勢折算為二氧化碳當量系數為22 900，2017年根據我單位SF6用量共節省SF6氣體0.7 t，則折算為0.7×22 900=16 030 t二氧化碳的排放量。如果推廣至全國338個地級市，將可以減少500多萬噸二氧化碳的排放量，將加速打造安全、可靠、綠色、高效智能電網。

（3）提高設備運維信息化水平。通過管理軟件數據分析，針對各個補氣設備制定針對性運維策略，有效提升了運維工作質量，預計每年可節省SF6氣體消耗量2%。同時，為SF6氣體的全生命周期管理等提供了信息化平臺。

4 結語

成果重點解決了SF6充氣設備帶電補氣工作效率低、作業造成的環境污染等問題，具有創新性、經濟性強等優點。經多次現場應用可知，其能切實提高工作效率、減少環境污染和提高信息化管理水平，有效解決了電網35 kV以上SF6充氣設備帶電補氣工作的技術難題。