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1、一种电力 SF6 气体智能自动补气装置摘要：SF6气体以其优异的电气和理化性能成为绝缘和灭弧介质，普遍应用在输 变电领域SF6变压器、SF6断路器和GIS装置、SF6互感器等。本文针对SF6气体 补气作业流程复杂且作业精细难度大的问题，提出研制一种电力SF6气体智能自 动补气装置，分析SF6设备概况及充气作业中存在的具体问题，介绍该装置的结 构设计方案和功能要求，通过应用数据说明该装置在现场工作中提高了充气精度 改善了工艺水平。关键词： SF6 气体；智能化；自动补气装置；设计 随着电力系统的发展，SF6设备被广泛运用，同时伴随的是这些设备在日常维护 当中陆续出现的各种问题。下面从对现状问题的
2、分析、成果介绍以及应用前景分 析等方面阐述了本项目的具体内容。本文设计的一种电力SF6气体智能自动补气 装置属于原创性创新产品，在市场上无类似产品。装置彻底解决了 SF6 充气设备 带电补气工作效率低、作业过程排放SF6废气导致环境污染等问题，具有较好的 社会效益和经济效益，可在相关行业进行全面推广应用。1.SF6 气体的性质及电气特性1.1SF6 气体的性质（1）SF6的物理性质：在常温常压下是无色、无味、无嗅、无毒的不可燃 的气体；分子量大，密度大；分子结构稳定，分子直径大。（2）SF6的化学性质：在一般情况下，不与其他物质起任何化学反应，腐 蚀性小；具有较强的电负性（SF6气体分子或原子
3、吸收自由电子而形成负离子 的特性）。1.2SF6 气体电气特性（1）电气绝缘性能：由于电负性强，很容易吸收电子，阻止电子崩”的 形成SF6分子直径大，能减弱与电子或SF。带电质点的碰撞游离；SF6的正、 负离子极易重新组合合成SF6分子。所以，SF6气体具有绝缘强度高的特点。采 用 SF6 作为介质的设备，使几何尺寸大为减小。（2）灭弧性能：由于SF6气体分子及其在高温时分解成的氟和氟化合物，具 有吸附自由电子而构成负离子的特点，使SF6气体中燃烧的电弧弧压较低，弧径 较细，弧的热惯性较小。因此，在交流电流过零以后，弧道中的气体很容易由等 离子体恢复成绝缘介质，将电弧熄灭。所以采用SF6比采用
4、压缩空气能熄灭更大 的电流电弧，也就是开断更大电流的电路SF6断路器的断流容易更大。经过试验 得知， SF6 气体的击穿电压，在相同的气压下，是空气的 2.53 倍；当压力为 0.26MPa 时，其击穿强度已和变压器油相当。如果在 SF6 气体绝缘设备中有导电杂质的话，由于电极表面绝缘覆盖层的存 在，使这些导电杂质的起升场强大为提高。同时，处于运动状态的导电杂质与导 体碰撞时所得到的电荷也少得多，从而减小了导电杂质引起间隙击穿的可能性。 应当指出，绝缘覆盖层应具有很高的电气和机械强度、很高的耐磨性和耐化学腐 蚀性、良好的附着性和光洁表面，否则，其放电电压比没有绝缘覆盖的电极系统 更低。粉状环氧
5、树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂混合能满足上述要求。用静电喷涂的 方法在脱脂的金属表面上制作绝缘层，喷涂后进行干燥即可。2. 当前SF6补气工作的问题分析SF6 补气是检修专业常见的一项工作，传统的充气工作存在以下问题：2.1 接头种类多，选择困难 各个厂家的充气接头没有相关标准，造成对应的充气接头种类繁多），无法 通用。作业人员每次工作前，都需要根据现场设备气室接头进行选择，由于设备 型号千差万别导致接头种类繁多，找到对应的接头需要耗费一定的时间。另一方 面，充气时需充气接头顶开设备逆止阀，但充气接头并无检查逆止阀关闭情况的 功能，若逆止阀复位失效，拆开充气接头时会造成设备内部气体大量外泄。2.2
6、气瓶重量大，难以搬运一个SF6气瓶重量接近100kg，而作业人员搬运气瓶至现场需要过草地、上 楼梯，传统的搬运方式都是通过四人扛抬才能运输到现场。这种方式不但存在气 瓶重心不稳跌落伤人的安全风险，同时还需要大量劳动力。2.3 排放气体，污染环境 工作前需要使用新气对管道进行经验性充洗，以确保管道干燥、无杂质，为了保证管道气体的纯度往往需要更长的时间排气，将造成SF6气体大量排放到大 气中。虽然SF6气体是一种无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体，但它同时也是 联合国定性的六种温室气体之一，直接排放至大气必定会造成污染。2.4 控制精度低，不方便操作运维人员需要长时间在现场根据密度表压力值进行人工充
7、补气，不但效率低， 而且由于人工读表数精度不足，还会造成补气压力精准度不高。其次，在充气过 程中，由于气化过程需吸收热量，如果充气过快，来不及吸收热量就会使得液体 SF6 流入设备内部，造成充入气室内的 SF6 压力过高，因此作业人员只能严格控 制充气精度缓慢对设备充气，防止管道冷凝。3. 种电力SF6气体智能自动补气装置的设计与应用针对以上问题，研制了一种电力SF6气体智能自动补气装置（图1）,现分 模块对其具体功能进行阐述。图1电力SF6气体智能自动补气装置3.1 智能充气装置（1）采用 PLC 集成电路控制，采集两侧气体压力，通过电子阀门进行智能控 制充气，只要在触摸屏中设置好目标压力值
8、，就能轻松进行智能化一键式操作， 到达目标压力值后，系统自动关闭电子阀门，充气工作结束，从而实现精准补气；（2）装置加装了加热装置，补充气化过程所需热量，保证气化充分，不但提高 了充气效率，还保证了充气的精准性要求；（3）装置安装在三轮式小车上，辅 助有推、拉把手，便于搬运气瓶，不但可以提高效率，而且安全可靠；（4）增 加SF6气瓶称重装置，对比充气前后的重量，就可以获取设备的充气量，配合软 件就可以进行新气气瓶及设备泄漏量信息化管理。3.2 小型回收装置（1）传统的回收装置重量接近1t,十分笨重。针对回收气体后不再进行回充 的特点，我们去掉了净化功能，使得整体装置小型化；（2）配备小型气瓶对
9、充 气管道的气体进行储存，能够有效地防治SF6气体排放到大气中造成污染，同时 起到回收管道气体的作用，并可实现再生利用，绿色环保；（3）增加触摸屏系 统，采用智能化一键式操作，轻松实现管道气体回收，不但保证了人员安全，还 绿色环保。3.3 通用控制接头（1）可根据充气设备的型号与配备的各种设备接头进行连接，保证其通用性（2）外部旋钮采用穿芯式设计，可以直接控制设备充气接头逆止阀通断；（3） 进行充气时，通过旋钮打开逆止阀，管道与设备气室连通，保障气体进入设备； （4）充气结束，通过旋钮关闭逆止阀后回收气体，观察压力表变化就可以判断 逆止阀是否关闭良好，安全可靠。3.4SF6 管理软件（1）部署
10、于云端，使用便捷，不需要专用服务器，维护成本低。（2）新气 瓶在使用前需统一进行资料记录后贴上二维码，运维人员通过手机APP扫描即可 进入一体化台账，记录进行补气的设备名称、补气量和时间等信息，形成SF6气 体的大数据，实现SF6气瓶的全生命周期管理。（3）SF6气体智能跟踪管理软件, 可对何种设备漏气较多、运行时间对设备泄漏影响、泄漏量预测等数据进行统计 分析，实现信息化管理，为后续运维策略综合化管理提供依据，实现SF6气体精 益化管理。通过管理软件数据分析，针对各个补气设备制定针对性运维策略，有效提升 了运维工作质量，预计每年可节省SF6气体消耗量2%。同时，为SF6气体的全生 命周期管理
11、等提供了信息化平台。结论随着SF6设备的广泛使用，对SF6设备的维护工作量不断增大，同时依据状 态检修的要求对维护的工艺质量也不断增高。SF6设备全自动补气装置提供了一 种高精度、可控的、标准化、防误操作、防漏操作的SF6补气方式，为保障电力 行业SF6设备的安全稳定运行提供有力支持，该设备已经在我公司检修试验、大 修技改、缺陷处理、事故抢修等工作中推广使用。参考文献马凤翔，朱峰，袁小芳，等.混合气体绝缘设备充、补气技术研究J.安徽电 气工程职业技术学院学报， 2019（01）：53-54.2陈滔，王啸峰.一种多功能SF_6带电补气智能集成装置的研究与应用J.机 电信息， 2018（36）：53-54.李扬，王光辉，张卫东，等.SF_6设备多功能全自动充补气装置的研制与应 用J.河北电力技术，2016，35 （03）： 28-29.孟庆周，张媛媛，袁玉龙.免拆卸SF6断路器检测、充补气装置的研究J.农 机使用与维修， 2016（06）： 9-10.许加凯，刘勇利，王健.便携式SF_6补气装置的研制J.山东电力技术， 2015， 42（04）： 14-15.
