新型六氟化硫鋼瓶加溫儀的研制

摘要：隨著六氟化硫（SF6）充氣設(shè)備的廣泛采用，為設(shè)備充注SF6氣體已是較為普遍的工作，但現(xiàn)有的SF6氣體充注工作方式耗時較長。本文通過統(tǒng)計分析研究，研制出了新型SF6鋼瓶加溫儀，縮短SF6氣體充注工作時間，減小了相關(guān)工作量，帶來了顯著地安全、經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：電力 六氟化硫 加溫 自動控制

中圖分類號：TM56文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0038-02

六氟化硫（SF6）氣體是一種用于高壓電力設(shè)備的優(yōu)良氣體絕緣材料，因其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、電絕緣性和滅弧性能，被廣泛地應(yīng)用于電力工業(yè)所使用的高壓斷路器和其他開關(guān)設(shè)備上，青島供電公司110kV及以上開關(guān)設(shè)備已全部采用GIS或SF6開關(guān)。隨著SF6充氣設(shè)備的廣泛采用，新設(shè)備安裝和設(shè)備檢修過程中，為設(shè)備充注SF6氣體已是較為普遍的工作。但現(xiàn)場工作中，現(xiàn)有的SF6氣體充注工作方式耗時較長，在檢修工作量日益增長的情況下，有必要改進現(xiàn)有SF6氣體充注工作方式，縮短工作耗時。本文旨在通過研究制造出一種輔助設(shè)備，達到縮短SF6氣體充注工作耗時的目的。

1 問題的提出與分析

針對現(xiàn)有的SF6氣體充注工作方式耗時較長這一問題，首先調(diào)查了近三年SF6設(shè)備充氣工作，對其中超過2h的停電檢修充氣工作進行統(tǒng)計，分析各個階段所用時間，研究工作時間過長的原因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SF6充氣過程所耗時間占整個工作時間的比例最高。進一步分析發(fā)現(xiàn)，SF6鋼瓶中SF6以液態(tài)和氣態(tài)的平衡混合物形式存在。充氣過程中，儲存在鋼瓶中的液態(tài)SF6氣化后進入設(shè)備，是一個吸熱過程。自然狀態(tài)下充氣過程中由于熱量補充不足，使得吸熱逐漸受影響，出氣量變小，使充氣時間變長。例如：凈重45kg的SF6鋼瓶，約3～4h才會將瓶內(nèi)氣體充完，而GIS的母線等氣室檢修充氣，充氣時間往往在12h以上。為縮短停電時間，盡可能減小充氣時間，必須采取措施，保證SF6氣化所需熱量，使SF6持續(xù)穩(wěn)定氣化。但《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（變電部分）》規(guī)定：不允許采用明火對SF6鋼瓶進行加溫。針對于此，考慮采用一種新型專用SF6鋼瓶加溫儀器，以方便的攜帶到變電站現(xiàn)場，采用較理想的加溫方式，對現(xiàn)場充氣中的SF6鋼瓶進行加溫。

2 新型SF6鋼瓶加溫儀的研制

新型SF6鋼瓶加溫儀的研制從以下五個方面開展。

2.1 加溫單元

首先，鋼瓶的瓶身必須進行加溫處理。其次，調(diào)研結(jié)果顯示，SF6氣體充氣過程中，一旦充氣速度加快，閥口處也會因熱量吸收造成逐漸凝露，雖然對于充氣速度影響不大，但閥口處的結(jié)露結(jié)霜現(xiàn)象對SF6氣體的質(zhì)量有著較為嚴重的影響。因此在SF6鋼瓶閥口處也需要加溫，保證快速充氣工作的質(zhì)量合格。

（1）鋼瓶瓶身加溫部件。對于鋼瓶瓶身的加溫部件，主要是選擇合適的加溫材料，保證能夠在短時間內(nèi)迅速達到相應(yīng)溫度，而且具有較好的保溫效果。待選方案有：不銹鋼加熱片構(gòu)成的加溫部件、石英加熱管構(gòu)成的加溫部件、硅橡膠加熱帶構(gòu)成的加溫部件。綜合考慮以上各待選方案的優(yōu)缺點，最終決定選用硅橡膠加熱帶，內(nèi)附隔離條制作SF6鋼瓶瓶身加溫部件。對于加熱帶的固定，小組決定采用尼龍粘帶進行固定。根據(jù)選用的硅橡膠加熱帶的功率，在有效滿足SF6氣體從液體轉(zhuǎn)化為氣體時造成的熱量損失的前提下，計算滿足提供所需功率所需要加熱帶的尺寸，再根據(jù)之前對SF6鋼瓶瓶身周長的統(tǒng)計結(jié)果，決定加熱帶長度L=0.6m，保留邊界處預(yù)留固定裝置的長度，制作了內(nèi)附橡膠防水隔離條及溫度傳感器的硅橡膠加熱帶。

（2）鋼瓶閥口加溫部件。對于鋼瓶閥口處的加溫，由于閥口處SF6吸熱較少，不需要快速加溫，但對保溫效果要求較高，以便保持閥口處溫度穩(wěn)定。待選方案有：梳狀加熱片構(gòu)成的加溫部件、小型石英加熱管構(gòu)成的加溫部件、硅橡膠加熱條構(gòu)成的加溫、繩型加溫器構(gòu)成的閥口加溫部件。綜合考慮以上各待選方案的優(yōu)缺點，并對硅橡膠加熱條與繩型加熱器進一步評估，對其的用于閥口處的使用時間進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)繩型加熱器纏繞閥口的平均時間比硅橡膠加熱條纏繞閥口的平均時間多195%，浪費工時，因此選用硅橡膠加熱條作為閥口處加溫部件。根據(jù)SF6鋼瓶閥口處需要纏繞的部分的相關(guān)尺寸，計算加熱帶長度，結(jié)合實際情況試驗，確定加熱帶所需長度。在加熱帶的末端加裝尼龍粘帶作為固定裝置，并預(yù)留了濕度傳感器安置空間，以便對閥口連接處的濕度進行有效傳感。

2.2 智能控制單元

（1）鋼瓶瓶身加溫控制模塊。對于SF6鋼瓶瓶身加溫部件的控制，需要利用溫度控制器來實現(xiàn)。通過開斷加溫裝置，使SF6鋼瓶瓶身保持在一個較穩(wěn)定的溫度，以保證SF6氣化吸收的熱量能夠穩(wěn)定補給，使氣化過程穩(wěn)定，SF6出氣速度提高。通過分析篩選，最終確定采用KS-1C溫濕度控制器作為鋼瓶瓶身加溫控制模塊。

（2）鋼瓶閥口加溫控制模塊。閥口處加溫目的在于抑制閥口處結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生，防止由于水分的滲透作用對管路內(nèi)SF6氣體微水含量產(chǎn)生影響。對于閥口處的加溫部件的控制，通過濕度控制器來實現(xiàn)。通過開斷加溫部件，保證閥口處不產(chǎn)生結(jié)露情況，保證SF6充氣的質(zhì)量。通過分析篩選，最終確定采用BW-8123型雙凝露控制裝置作為鋼瓶閥口加溫控制模塊。

2.3 人機界面單元

人機界面單元從外殼材料、開關(guān)類型、提示類型三個部分研究制作。通過分析比較，外殼材料選用硅塑料外殼，開關(guān)選用按鈕式開關(guān)。提示類型有語音提示和燈光提示兩種。語音提示雖然提示明白，并且任何首次接觸此裝置的人員都可以懂得提示的含義，但是變電站工作現(xiàn)場噪音較大，超過語音提示音量，因此容易影響報警提示效果。而燈光提示方案有液晶顯示器、七段LED數(shù)碼顯示管、LED紅綠黃單色燈三種，其中LED紅綠黃單色燈以其指示簡單，指示醒目清晰，亮度高，性能穩(wěn)定等優(yōu)勢被最終選定。根據(jù)設(shè)計圖及電路圖制作了相應(yīng)的塑料面板、防水膜、彩色標示面板，購買上海APT電器公司的AD16-16C型紅綠黃燈、按鈕式開關(guān)，同時制作了電路板及相應(yīng)接線，參考人體力學習慣，進行了相應(yīng)組裝。

2.4 電源單元

經(jīng)過調(diào)查，根據(jù)《山東電力集團公司變電站基建管理規(guī)定》，現(xiàn)在負責的青島地區(qū)128座35kV以上變電站現(xiàn)場具有外接電源條件的為100%，與電源觸電保安器配合使用，可以長時間使用，且免去高額花費及維護人力。因此，經(jīng)過分析和評估，決定采用外接電源的供電方式。

2.5 整體構(gòu)造單元

加溫儀的四大部件：瓶身加溫及控制單元、閥口加溫及控制單元、人機界面、電源線。人機界面裝置豎立布置，通過鋁制軌道固定于瓶身加熱套上。將瓶身加熱套設(shè)計為可折疊型，瓶身加熱套可以壓縮折疊，閥口加熱帶與電源線可以插入加熱套中。

根據(jù)各個單元的選擇分析，設(shè)計研制出了SF6鋼瓶加溫儀，示意圖如圖1。

3 效益分析

新設(shè)備的使用帶來的效益分為顯性效益和隱形效益。

3.1 顯性效益

（1）工作中充氣時間大大縮短。根據(jù)統(tǒng)計，在測試期內(nèi)節(jié)省工作時間40h，每次充氣時間縮短50%以上，為檢修工作節(jié)省了大量時間，特別是為緊急事故處理節(jié)省了寶貴的時間，也大大縮短了停電時間，為公司供電可靠性指標做出了積極貢獻。（2）降低了SF6鋼瓶相關(guān)處理工作量。測試期內(nèi)節(jié)省工作時間量為40h，按每小時工作量需要2人，即可節(jié)省人力80人次。同時，每次運輸、使用SF6鋼瓶的數(shù)量大大減小，不僅減少了工作中SF6鋼瓶的使用和替換的工作量。并且，測試期內(nèi)節(jié)省使用SF6鋼瓶30個，大大節(jié)省了重新抽氣更換鋼瓶的工作量和人力，減輕了工作壓力。

3.2 隱性效益

使用加溫儀進行加熱，不僅克服了傳統(tǒng)上熱水加熱對于SF6氣體微水含量影響較大的缺點，并且加熱穩(wěn)定安全，具有鮮明提醒功能，不僅提高了檢修能力，縮短了停電時間，避免了不穩(wěn)定的充氣流程，現(xiàn)在的充補氣工作科學化、流程化、先進化，能帶來很好的安全效益。

4 結(jié)論

新型SF6鋼瓶加溫儀的研制成功，實現(xiàn)了對SF6鋼瓶穩(wěn)定加溫，消除了影響SF6充氣質(zhì)量的缺陷，保證了充氣速度，大大縮短了SF6充氣時間，減少了不必要停電時間，節(jié)省了大量相關(guān)處理工作量，為公司帶來了顯著地經(jīng)濟效益與安全效益。

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