SF6集中供气系统研究与应用

任东峰 路全峰

【摘 要】当前，世界电力市场全封闭组合电器大量应用，电压等级的不断攀升，SF6气体的使用量急剧增涨。而SF6气体又是一种典型的温室气体，其在生产过程中排放至大气中，会造成极大上午温室效应。因此高效率的SF6集中供气系统的研究与应用至关重要。该系统可实现SF6气体的集中存储、净化、供气、回收，能大幅提高SF6气体的循环利用率，减少了SF6气体的排放，可为企业节省大量的生产成本，同时可以减少SF6气体的排放，减缓全球气候变暖的步伐。

【关键词】SF6气体；集中；循环

中图分类号： TM561 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0013-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.006

【Abstract】At present， the world's electricity market has a large number of fully-enclosed combinational appliances， and the voltage level is continuously rising. The use of SF6 gas has increased rapidly. The SF6 gas is also a typical greenhouse gas， which is emitted into the atmosphere during the production process， causing a great morning greenhouse effect. Therefore， the research and application of the highly efficient SF6 centralized gas supply system are of utmost importance. The system can realize the centralized storage， purification， gas supply， and recovery of SF6 gas， which can greatly increase the recycling rate of SF6 gas， reduce the emission of SF6 gas， save a lot of production costs for enterprises， and reduce the emission of SF6 gas. To slow the pace of global warming.

【Key words】SF6 gas； Concentration； Circulation

0 前言

纯净的六氟化硫气体是一种无色、无嗅、无毒和不可燃的惰性气体，具有优异的绝缘和灭弧性能。[1]二十世纪中期，六氟化硫气体被广泛应用于高压断路器、互感器、六氟化硫封闭组合器（GIS）等电力设备中。[2]进入21世纪，世界电力市场全封闭组合电器的大量应用，电压等级的不断攀升，SF6气体的使用量以每年20%的速度急剧增涨。[3]尽管SF6气体备受高压电力设备行业青睐，但其温室效应是CO2的23900倍，是一种典型的温室气体。全球气候变暖是21世纪人类所面临最艰巨的挑战之一，温室气体不断增加导致全球变暖现象愈发凸显。[4]因此，高效率的SF6循环再利用技术的研究与应用，不仅可应为电力设备制造企业节省大量的生产成本，同时可以减少SF6气体的排放，减缓全球气候变暖的步伐。[5]

1 SF6集中供气系统总体方案

1.1 系统构成及工作原理

SF6集中供气系统是SF6气体输出与回收的专用系统，可实现对电力设备气室的快速抽真空、充入及回收SF6气体，同时具备对回收的SF6气体进行净化与提纯功能。SF6集中供气系统由分布于厂房内的各工作站、SF6气体中央处理系统、管路系统三部分组成。分布于厂房内的各工作站对厂房内各处的高压SF6产品就近抽真空、充SF6气体和回收SF6气体；SF6气体中央处理系统则具有对回收SF6气体净化吸附、制冷液化、液态储存、气体分离、加热气化、气态储存备用等一系列功能；管路系统用于连接分布于厂房内的各工作站与SF6气体中央处理系统。整个SF6集中供气系统原理见图1所示。

1.2 主要参数

SF6集中供气系统主要参数见表1

2 系统功能简介

2.1 SF6气体中央处理系统

SF6气体中央处理系统具有对回收SF6气体净化吸附、制冷液化、液态储存、气体分离、加热气化、气态储存备用等一系列功能。其主要由进出口端吸附过滤装置、冷凝液化装置、储液系统及气体分离装置、加热气化装置、气态罐组等设备组成。SF6气体中央处理系统中原理见图2所示。

（1）进出口端吸附过滤装置由吸附器、真空泵、粉尘过滤器等组成。吸附器具有对充填分子筛加热活化再生的功能。吸附器分成两组，一组工作时，另一组加热再生。两组吸附器交替工作和活化再生，以實现气站不间断的回收工作。另配一台双级旋片真空泵用于吸附器活化时的抽真空。吸附器出口设粉尘过滤器，防止吸附剂粉末向后进入储液罐中。粉尘过滤器对尺寸≥1.0μm的微粒阻挡率为100%。

（2）冷凝液化装置用于冷凝液化回收的SF6气体，使之能在较低的压力下迅速液化成所需温度下的液态SF6。制冷量必须能满足所有工作站同时回收时的冷凝液化要求。采用低压压缩机时（如最大排气压力2.3Mpa）必须配以较大制冷量，以便回收的SF6气体能在低于压缩机最大排气压力的情况下迅速液化成温度较低的液体。 为避免仅有少数工作站回收时启动大功率制冷机浪费能量，可采用数个小型冷凝液化装置并联的方式，工作时根据回收压缩机的启动数量由PLC自动判定并启动几台冷凝液化装置。

（3）储液系统主要由储液罐及其配套的电子秤、测控阀门、仪表等组成。采用排气压力较低的压缩机（如2.3Mpa）时，储液罐外表面必须加绝热层保温，并内置制冷蒸发器盘管，把储液罐内的SF6控制在一个较低的温度限以下，以便其饱和蒸汽压始终低于压缩机的最大排气压力。只有这样，低压压缩机才能顺利地将SF6气体回收到储液罐内。储液罐应设有有电子秤称量两储液罐中储存SF6的重量，当储液罐内SF6重量都达到设定上限值时，给出报警信号并控制整个回收系统停止工作。

（4）气体分离提纯系统，在储液罐顶部设一小罐，用于收集混进SF6中的空气；此外再装一套高压冷冻分离除气提纯装置对两小罐中的混合气体进行处理，处理后的SF6液体流回储液罐内，空气成分则通过真空排气管道排出室外。

（5）加热气化装置由加热器、热交换器、电磁阀、减压阀等构成。用于加热气化来自储液罐中的SF6液体并控制出口气压。加热气化过程全自动控制，当气态罐压力上升达到设定值时自动停止加热气化，进口电磁阀自动关闭；当气态罐压力下降低于设定值时自动开始加热气化，进口电磁阀自动开启使SF6液体流入。

（6） 气态罐组由两台气态储存罐、出口粉尘过滤器、出口电磁阀、测控仪表等组成。用于储存气态SF6以消除充气时的气化速度瓶頸，加快充气速度。

2.2 工作站

工作站用于对厂房内各处的高压SF6产品就近抽真空、充SF6气体和回收SF6气体，主要由SF6回收系统、抽真空系统、控制系统等组成。

（1）SF6回收系统由回收压缩机、回收真空泵及连接管路组成。当进口压力大于大气压时，压缩机单独工作回收气体；进口压力降至大气压后，回收真空泵自动启动和压缩机串联回收。压缩机进气口压力控制可通过减压阀、缓冲罐、电磁阀等的合理布局和动作控制，保证压缩机进气口在气源压力较高时能维持在正常工作压力范围内，并在气源压力较低时能获得尽可能大的流量。整个回收过程全自动控制。

（2）每个工作站单独配备一套抽真空系统，该抽真空系统抽真空系统由单极旋片泵、罗茨泵及连接管路组成。抽真空系统进气端应有过压保护功能，压力降到大气压以下时进口电磁阀才能打开抽真空系统才能启动。前级泵抽真空到100hPa以下时，罗茨增压泵自动启动。每个工作站单独配备一套抽真空系统，该系统可将排出的含有微量SF6的尾气经专用的尾气排放管道排放至厂房外部，不污染车间环境，不影响车间正常的检漏及生产作业。

2.3 管路系统

管路系统主要由回收管路、充气管路和抽真空排气管路组成。

（1）回收管路截面积不小于全部工作站所有压缩机出口截面积之和的1.3倍。管道承压能力以工作站回收压缩机最大排气压力作为管路承压指标。

（2）充气管路截面积应不小于所有工作站充气出口截面积之和，管道承压能力以储气系统最大工作压力作为管路承压指标。

（3）真空排气管路截面积不小于工作站中所有真空泵出口截面积之和的1.5倍，通向每台工作站真空泵尾端的支管道截面积不小于该真空泵出口截面积的1.5倍。所有真空泵排气端和所有安全阀排气口都连至该排气管路后一并引出室外。

3 效益分析

SF6集中供气系统对SF6气体的回收利用率可高达99%。传统普通SF6回收充气设备只能将SF6气体回收至微负压，其循环利用率约为90%。SF6集中供气系统与普通SF6回收充气设备相比可减少9%的SF6气体损耗。

3.1 社会效益

以一个日平均循环用气量为4t的生产企业计算，SF6温室效应是等量CO2气体的23900倍。以月有效工作日22天计算，相当于年减排CO2气体量为4×22×0.09×12×23900=2271456t。

3.2 经济效益

仍然以一个日平均循环用气量为4t的生产企业计算，目前SF6气体为每吨6万元左右，根据每月有效工作日22天计算，年平均节约气体采购费用为：4×22×0.09×12×6=570.24万元。

通过以上分析可以看出，SF6集中供气系统的应用可为企业节约大量SF6气体购置费用，同时减少了温室效应气体的排放，可对环境保护作出重大贡献。

4 结束语

SF6集中供气系统适用于SF6高压电器生产企业及气体用量大且需循环使用场合。SF6集中供气系统对SF6气体进行集中存储、净化、供气，实现了SF6气体的高效循环利用，其循环利用率高达99%，减少了SF6气体的排放。该技术的推广应用大幅降低了SF6高压电器制造企业的生产成本。同时减少了温室气体的排放，减缓全球气候变暖的步伐。

【参考文献】

[1]江栩铄，黄宪武，陈世昌.GIS 设备规范化检修的精益化管理[J].高电压技术， 2017，43（13）：252-257.

[2]Hyrenbach M， Paul T A， Owens J.Environmental and safety aspects of airplus insulated GIS[J].CIRED-Open Access Proceedings Journal，2017，2017（1）：132-135.

[3]马婧珺.GIS设备中SF6气体分解影响因素分析[J].科技创新与应用，2017（9）：212-212.

[4]田涛，陈昊，王志军，等.考虑舒适度的智能变电站环境监测系统研究与设计[J].电力信息与通信技术，2016，14（7）： 46-49.

[5]胡翔宇.浅谈特高压变电站GIS安装质量控制[J].中国新技术新产品，2017（16）：87-88.