一种多功能SF6带电补气智能集成装置的研究与应用

陈 滔 王啸峰

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海519000）

0 引言

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。本成果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 问题概述

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：

1.1 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（图1），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。

图1 种类繁多的接头

1.2 气瓶重量大，难以搬运

一个SF6气瓶重量接近100 kg，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（图2）。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。

1.3 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（图3），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。

图2 现场传统搬运气瓶方式

图3 充气前需对气道排气，造成污染

1.4 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（图4）。

图4 充气速度过快造成的气瓶冷凝

1.5 数据管控困难

工作完成后，作业设备和充气量都缺乏综合信息化管理，影响对设备状态和工作成效的准确评估。

2 成果介绍

针对以上问题，研制了一套多功能SF6带电补气智能集成装置（图5），现分模块对其具体功能进行阐述。

图5 多功能SF6带电补气智能集成装置展示

2.1 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，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。

2.2 小型回收装置

（1）传统的回收装置重量接近1 t，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。

2.3 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。

2.4 SF6管理软件

（1）部署于云端，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。

3 实施效果归纳

目前本项目成果实际应用于企业日常的充补气以及气体管路的各项工作当中，具体效果如下：

（1）提高工作效率。原来带电补气工作平均需要5人8 h的工作量，使用本项目装置进行智能充补后，可减少现场工作人员至2人，且工作时间可缩短至3 h，工作效率提升85%。

（2）减少环境污染。通过本项目装置回收废气再生利用，预计每年可节省SF6气体消耗量为3%，有效减少了环境污染。使用装置后，实现了整个充气过程SF6气体零排放。按照发改环资[2014]19号文件《节能低碳技术推广管理暂行办法》规定，SF6温室气体的全球增温潜势折算为二氧化碳当量系数为22 900，2017年根据我单位SF6用量共节省SF6气体0.7 t，则折算为0.7×22 900=16 030 t二氧化碳的排放量。如果推广至全国338个地级市，将可以减少500多万吨二氧化碳的排放量，将加速打造安全、可靠、绿色、高效智能电网。

（3）提高设备运维信息化水平。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等提供了信息化平台。

4 结语

成果重点解决了SF6充气设备带电补气工作效率低、作业造成的环境污染等问题，具有创新性、经济性强等优点。经多次现场应用可知，其能切实提高工作效率、减少环境污染和提高信息化管理水平，有效解决了电网35 kV以上SF6充气设备带电补气工作的技术难题。