电力设备六氟化硫快速充气装置设计应用*

李吉侗，张 海

(国网甘肃省电力公司 酒泉供电公司，甘肃 酒泉 735000)

0 引 言

随着经济和社会的高速发展，人们对电量的需求日益增加，而传统绝缘油存在制取工艺复杂、耐热性差、易燃烧和环境污染严重等问题，已无法满足现阶段电气设备高绝缘性能的要求。 高介电强度和灭弧性能的六氟化硫(SF6)气体作为绝缘介质广泛应用在输变电系统的断路器、绝缘金属封闭开关设备(GIS)、绝缘金属封闭输电线路(GIL)等电气设备中[1]，弥补了上述不足。 但在实际工程中，SF6气体用量过大、密闭空间交叉施工多，SF6充气工作影响了GIL、GIS 设备现场安装进度，且随着GIL、GIS 设备的长期使用，结构逐渐老化，导致设备内充装的SF6气体出现了泄漏、变质的现象，降低了设备的绝缘性能。 为提高输电设备安全稳定性，保障设备高效运行，亟需深入分析SF6充补气装置的结构和流程的不足，提出泛用性强、实用性高的SF6充气装置方案，解决SF6绝缘设备充气、补气难题。

目前，针对SF6快速充气技术研究已有丰富成果，M Etter 等[2]介绍了一种现场处理回收充气一体化设备，但此设备存在体积大、结构复杂、工作难度大等不足。 林绮思等[3]针对六氟化硫气体泄漏及现场难度大、危险性高的难题，充分考虑电气设备运行特性及真实状况，设计了六氟化硫充气接口模拟装置，减少六氟化硫设备顶压阀无法回弹所导致的设备漏气现象，弥补了空白。 白林等[4]设计了减压阀＋气管＋多个充气接头组成的SF6充气装置，相比于传统SF6充气装置，该装置更易分辨、安装简单、保管科学且携带方便。 凌建等[5]提出了一种采用SF6长距离输气系统的SF6集中供气站方案。 但仍存在携带装备多、结构复杂、充气时间较长和实用性较低的不足，需进一步改善SF6补充装置的结构和器件，轻化其体质的同时实现SF6快速充气。

为此，文中应用改进接头、管路和箱体的SF6快速充气技术，设计实现型号独立、管理统一、易分辨、易携带保存以及可短时间补充气的新型装置，提出流程化、标准化的六氟化硫充气方案，以达到提高工作效率的目标。

1 SF6 快充装置技术架构

SF6快速充气装置总技术方案如图1 所示。 通过剖析传统充气装置结构特性，判断影响充气速度因素。 广泛调研实际需求，基于调研数据确定改进方向，提出基于改进快速接头的SF6快速充气技术，开发配套的弹簧管道与轻量化六氟化硫充气设备箱体，降低设备体积和质量，提高新型设备实用性。 分析传统SF6设备操作流程，对改进的SF6快速充气装置提出流程化、标准化的充气方案，加快充气效率。

图1 SF6 快充装置总技术方案

2 SF6 快充装置应用及问题

传统SF6充气装置主要由气瓶、阀门、输气管道、连接器件、气压指示计和其他器件等共同完成补充功能[6]，其结构如图2 所示。 气瓶用于存储SF6气体，单气瓶SF6容量较少，导致SF6释放速度缓慢，影响设备安装进度；管道用于输送SF6气体至设备中，具有高度密封性，为满足工作环境耐压、耐磨损、耐变形的要求，提高工作人员效率，通常采用轻便型材料；阀门用于控制SF6气体输出；气压指示计用于了解设备内部SF6气压状态，从而判断设备是否需要充气及充气完成情况，补气时要注意充气皮管反充使密度继电器压力波动，从而导致误报警现象；接口用于连接阀门与管道、管道与设备，是影响充气速度的主要因素，必须缝合严密。 目前常用的细牙螺纹接口存在借助工具作业费时费力、拆卸频繁易损伤螺纹等不足。

图2 SF6 充气装置结构图

目前，SF6充气设备已具备了相对完善的流程体系，并明确规定了充气压力范围，具体充气流程如图3 所示。 传统充气流程断路器型号多样化且充气装置与断路器匹配时间较长，在维护和抢修过程中存在下列问题[7]:①SF6补充装置种类繁多、结构各异但一套SF6补气装置却只适用一个型号或厂家的断路器，引起了补气装置杂多、难管理的问题；②SF6补气装置的管路、减压阀和接头占地面积大；③多样化的SF6补充装置具有相似的外形，使检修人员常常认错，降低了工作效率；④具有相同的减压阀和管路的SF6充气装置却不能共用接头，浪费了资源；⑤当长时间使用出现减压阀损坏、管路老化、接头锈蚀时，由于氟化硫补气装置的专属性，需要置换整套装置，缺乏经济性；⑥SF6补气装置保管和运输时极易发生杂质和水分等进入接头或管路的现象。

图3 电力设备SF6 充气装置充气流程

不同SF6充气装置具有不同的结构、连接方式和充气流程，通过调研统计32 家充气设备厂家1 600多台充气设备，得出同一厂家不同型号的充气接头都不一致，充气接头繁杂，难以辨识和管理，设备整体复杂，携带不便，补气准备工作时间较长，严重影响了SF6充气效率。 要提高SF6充气效率，需要从现状入手，简化现有充气结构，轻量化成套装置并设计多用化接口，使其易分辨的同时能方便快捷地完成充气工作。

3 SF6 快充装置设计

3.1 改进SF6 快充装置

针对现阶段SF6充气装置存在的问题，亟需研究一个集不同规格充气接头、检漏仪，补气工具为一体的，实现多个接头共用一个充气管路且可以快速连接的成套快速充气装置，以缩短补气工作的准备时间，实现六氟化硫快速充气。 基于此，文中在现有装置的基础上进行结构优化，以充气接头、连接管路和箱体三部分的改进为目标，实现SF6充气装置的优化。

通过对市场上现有充气接头、连接管路和箱体的调研与参数对比，选取气体快速接头、高压PU 管和铝板箱体作为优化装置的器件材料。 气体快速接头通过卡扣连接与输气管道配套使用，不用借助工具便可进行连接与断开操作，提高了工作效率。 连接充气管时，通过气压阀门调节或关闭阀门不会造成SF6气体外泄，不会造成人体危害和环境污染，具有较好的气密性；相比于其他连接管路，高压PU 管具有更好柔韧性、更小转换半径、更低成本且更轻便携带；铝板箱体在满足SF6快速充气装置要求的同时，还具有高强度、强抗震、低成本和受环境影响小的优势。

改进后的移动式多功能SF6快充装置包括车体、供电单元、加热单元、计量秤及输气管道、底部车轮五部分。 使用前，设置压力表的压力值和温度值，读取钢瓶重量原始数据。 充气时，先将SF6钢瓶放置在计量秤上并系好绑带，再将减压阀通过导管和SF6钢瓶连接，推至需要添加或回收SF6设备附近，其次，接通电源加热单元，将热量传至输气管道、SF6钢瓶和减压阀进行预热，完毕后，打开阀门使钢瓶中气体输入到设备中，直至气压传感器的值达到设定值时，自动切断充气。 密度继电器压力表拆卸检修校验为高强度工作且存在气体渗漏的安全风险，因此可以通过将气压传感器获得的气体压力值和气体密度继电器上的压力表数据进行对比来校验密度继电器计量的准确性，避免因误读造成气室压力过大而损害设备或因过小满足不了额定压力等问题出现，从而影响设备运行。 充气结束后，气压传感器显示的压力值为SF6设备的气体压力。 本设计装置快捷快速的SF6充气过程最大化地使用钢瓶内气体，提高了工作效率的同时也降低了安全隐患，可移动车架的设计使工作现场设备移动方便，省时省力且操作方便。

3.2 基于快插式气体快速接头的SF6 快速充气装置

为解决多厂家、多结构断路器配套充气装置外形相似、结构各异的难题，文中提出了一种快插式快速接头，其一头与厂家接口配套，一头采用通用口与通用充气管接头配套。 此设计将SF6充气装置简化成了“厂家独特接口”＋“快插式快速接头”＋“通用充气管接头”＋“充气管”的结构，保留的核心部件实现了所有充气功能。 针对不同厂家不同型号的设备，仅需更换快速接头设备中的“快插式快速接头”部分即可，无需更换充气管接头，提高了整套SF6补气装置的泛用性。 检修变电站时，面对多个不同接口类型的断路器或变压器，基于快插式快速接头的SF6快速充气减少了更换接头时间，提高了效率。

为使充气装置和设备型号一一对应，统计了所辖SF6断路器厂家类型，并按照电站和型号分类，如表1所列，将所有快插式充气接头建立了编号，实现了“对号入座”管理。 连接配套快速接头的充气管接头为卡套式接头，不需要螺栓固定和绑扎方式固定，只插入充气管即可。 螺母连接气体快速接头与接头，空气快速接头与充气管接头，拆卸方便。 快插式气体快速接头通过卡扣连接与充气管配套使用，通过气压表阀门调节关闭阀门，防止了SF6泄露，不会危害人体健康和也不会造成环境污染。 新购断路器时不必再购买原厂配套的SF6充气装置，节约了成本。

表1 辖区变电站设备充气接口参数

4 结 语

文中针对传统SF6充气装置结构和充气流程的不足，改进了SF6充气装置的气体快速接头、高压PU管和铝板箱体三个部分，设计了快插式气体快速接头的SF6快速充气装置，实现了充气装置和设备型号的一一对应，提高了SF6充气装置工作效率，轻量化了SF6充气装置质量与体积，减少了SF6充气装置外形相似、结构各异的管理难度。 基于改进后的SF6充气装置提出了标准化、流程化的充气方案，提高了新型SF6充气装置的实用性。