智能補氣裝置組成及補氣方法設計

國網浙江省電力有限公司檢修分公司 肖馳夫 周忠武 孫 俐

為保障開關的性能不被減弱，需對SF6開關進行補氣。在傳統補氣方法中，會將SF6氣體從高壓氣體瓶內通過減壓閥釋放出來，并通過橡膠管連接到開關的補氣孔處進行補氣。如補氣前氣路清洗不徹底，會導致在補氣過程中雜質隨著氣體的流動被帶進開關設備中，還會夾雜著空氣中的水分。再加上SF6密度繼電器的缺氣程度只能依靠經驗進行猜測、或按照高壓設備上的總值和使用值進行粗略計算，無論哪種方式對補氣值的預估都不準確，這就要求補氣工人擁有較高的技術水平并全程多人配合補氣，手動操作補氣的效率低下，使補氣成為耗時耗力的工程。SF6設備補氣缺少可智能定量的方式，人工補氣太過依賴經驗和計算，無法精準地控制補氣速度，導致速度過快氣室內顆粒漂浮，造成補氣的安全隱患。

智能補氣裝置的補氣可彌補人工補氣無法勻速定量補氣的缺陷，并保障補氣過程中的安全性。SF6設備氣室處于不同的變電站，基礎壓力也不同，因此需使用數學模型進行不同條件的數值計算。通過對歷史補氣數據的分析來預測下一次的補氣時間和補氣量，預判SF6電氣設備漏氣趨勢，為專業提供診斷依據、及時消除設備隱患。智能充氣還可避免人為操作失誤，減少安全事故的發生，降低工作人員的工作量。

1 智能補氣裝置的組成

智能補氣裝置由7個主要部分組成，SF6補氣氣瓶與瓶口安裝補氣減壓閥，氣路控制模塊分為一模塊和二模塊、負責不同的氣路控制。SF6開關設備連接負責氣體回收的裝置，所有裝置都連接在智能補氣裝置的主機上，并由工作人員通過遠程操作進行設備補氣。補氣氣瓶中存放著SF6氣體，SF6開關設備補氣需依靠氣壓差，但氣壓差需慢慢釋放，因此在補氣瓶的瓶口安裝減壓閥，可調節氣壓差符合補氣的標準。補氣裝置主機中的壓力傳感器是用來界定減壓閥的減壓標準，并可顯示充氣裝置的剩余電量及電池狀態[1]。可通過主機對電池進行管理，檢測補氣狀態下補氣裝置的溫度，對識別的補氣流量進行控制。主機設備還包括電磁閥和MCU控制模塊，主機的控制結果在顯示器上顯示交互處理結果。

如圖1所示，主機的控制器與智能補氣的氣路輸入口連接，控制流量的裝置與補氣氣瓶相連接，電磁閥連接流量控制器的另一個接頭。電磁閥與減壓閥相連，以上的裝置都與感應壓力差的傳感器連接。氣路接口與補氣主機連接，壓力傳感器感應充氣中的壓力變化[2]，智能裝置中可輸入壓力變化的歷史數據。將傳感器感受的壓力與歷史壓力標準值進行比較，一旦發現傳感器中的壓力值不符合標準控制模塊就會調節補氣管中的壓力，控制模塊與流量控制器相互配合使補氣氣瓶中的壓力值達到均衡的狀態。顯示中會顯示氣壓調節的全過程以便專業補氣人員監督整個補氣的過程，裝置補氣可對補氣過程中產生的數據進行采集和儲存，并將多余的數據進行刪除處理。系統的供電裝置與補氣裝置是一體的，充電模塊負責整個裝置的充電管理，包括監測電池的整體狀態，檢測剩余電量和備用電池的切換。在充氣的內部安裝溫度檢測裝置，用于檢測裝置工作時的溫度變化。設備充氣對環境溫度有一定的要求，當溫度不符合充氣的條件的時應及時進行處理[3]?？刂颇K收集的數據都會在顯示屏幕上顯示出來，包括氣體的濃度、補氣的速度、環境的溫度和壓強等。

圖1 補氣裝置結構圖

2 智能補氣裝置補氣方法

2.1 智能補氣裝置的氣路清洗

首先要按照上述安裝順序將智能補氣裝置進行組裝，連接補氣氣瓶和減壓閥，并將回收裝置與兩個氣路進行連接，將連接好的裝置連接在裝置的主機上完成裝置的組裝，并在遠程操作臺上啟動裝置，檢查裝置的安裝有無問題，能否正常使用[4]。直接在主機上啟動初始化檢查功能自動檢查裝置情況，在進行補氣前清除上一次補氣數據，進行數據初始化設置。裝置初始化后歷史數據不會被清除而是被保存在數據庫中，初始化數據只是為了記錄時更加準確。新的記錄數據會顯示在交互界面上，數據會在后臺服務器中進行處理并傳輸到無線規約轉換器和服務器中。將相應的參數輸入到服務器的控制模塊中，包括壓力值、充氣間隔和氣路速度，參數會在交互界面上顯示。根據參數的設定范圍控制模塊調節氣體流速，減壓閥自動開始降壓。電磁閥動作在系統初始化后由控制模塊進行控制，實現氣路的清洗，正向氣路清洗在清洗前控制模塊將電磁閥的閥門打開，并開啟智能補氣裝置的氣體回收裝置，流量控制器受SF6主機控制開始工作。

2.2 減壓閥控制氣路流量實現智能補氣

在實現氣路清洗后控制模塊控制減壓閥開啟，補氣瓶會隨著減壓閥的控制開始補充氣體，減壓閥按照設定的壓力進行調節，在壓力的變化下實現流量的調節。氣體從補氣瓶中通過減壓閥進入補氣管，并通過兩道通電磁閥進入主機，根據壓力傳感器的感應壓力的變化，在通過另一邊的兩道通電磁閥進入高壓開關氣室，在氣室中通過濃度傳感器感應補氣的濃度是否達到補氣的標準，當補氣量達到設備可繼續運行的標準時，會識別設備的狀態適時停止補氣，電磁閥自動關閉并自動收集補氣的信息[5]，包括當前的補氣量、補氣耗費時間、補氣壓力和環境壓力等。數據進行采集和計算完畢后存儲到數據庫中。氣室模型會根據歷史信息對此次補氣擬合度進行判斷，依據設備的狀態對下一次補氣時間和補氣量預判，電機通過轉動使補氣裝置中的滑塊運動，絲杠轉動成為滑塊運動的助力，最終實現氣體在氣體回收裝置中移動，濃度傳感器由此感應氣體的濃度。SF6氣體屬高密度氣體，在進行濃度檢測時自主流動速度很慢、需裝置帶動，使檢測數值更加準確。

2.3 實例分析

某公司擁有2000臺SF6設備，全年需進行大約200次補氣操作，且隨著設備老化程度加劇補氣的次數越來越多。受設備老化影響氣體的密封件老化，SF6氣體在密封效果差的情況下出現泄漏情況。再加上公司所處地理位置的氣候環境影響，提升了氣體泄漏情況的發生概率。而設備內氣體減少或導致絕緣能力下降，且氣體補充不及時會造成嚴重安全隱患，造成設備損壞甚至爆炸。因此當設備內氣體裝置的值低于充氣標準值時要及時進行設備充氣。

該公司預計明年增加300臺SF6設備，將帶來充氣作業工作量的增加，如采用人工操作方式進行設備充氣，需1人操作氣體閥門控制氣體流速、1人觀測設備內部氣體壓強、1人負責監督作業及維護作業安全。使用本文方法作業時環境濕度不能小于75%。首先將軟管進行定時定量沖洗，既保證了清洗效果也避免了沒必要的環境污染，自動補氣保障了補氣精準性。本文方法、文獻[4]方法、文獻[5]方法的補氣時間、作業人數、操作次數分別為25min/1/1，75min/3/2，55min/2/3，由此可知本文設計智能補氣方法可實現1人操作、耗時25min、一次完成補氣，節省了該公司的人力資源、補氣時間，提升了設備的補氣效率。