國網(wǎng)安徽省電力有限公司亳州供電公司 國偉輝 荊林遠 張 奧

在電力工程的生產(chǎn)制造活動中，因為六氟化硫本身具有無色、無味、無毒、穩(wěn)定等的特點，因此它可以作為一種常見的滅弧絕緣層材料，可以被廣泛用作高壓電氣設(shè)備中，特別是在110kV 及以上的六氟化硫隔離斷路器和組合式的電器（GIS）中。但是由于目前的生產(chǎn)加工工藝上的限制的原因，運行中的六氟化硫斷路器和組合電器經(jīng)常出現(xiàn)六氟化硫蒸氣泄漏這樣的情況，導(dǎo)致電力運維人員經(jīng)常需要為相關(guān)的電氣設(shè)備進行六氟化硫氣體的補充，但是因為補充氣體的過程本身非常繁瑣，所以需要大量的人力。因此本次研究開發(fā)的新型智能六氟化硫自動充氣設(shè)備，不僅可以提高六氟化硫泵送的效果和精度，而且在充氣工作中節(jié)省了成本，提高了維修和生產(chǎn)工藝的質(zhì)量，同時在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，多維度全方位的系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控模塊也對安全生產(chǎn)起到了關(guān)鍵作用。

1 傳統(tǒng)的六氟化硫充氣技術(shù)

在電氣設(shè)備中，必須使得不同電氣機械設(shè)備中使用的不同器材之間完成絕緣隔離，防止出現(xiàn)安全問題和設(shè)備故障。而六氟化硫氣體具有良好的氣體化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性，在相對高溫下穩(wěn)定性良好，因此具有優(yōu)良的電氣設(shè)備絕緣性能和優(yōu)良的滅弧特性，常常被用于斷路器、空氣封閉式組成電容器、高壓傳輸電纜、電壓互感器等電氣設(shè)備[1]。為了更好地完成使用六氟化硫氣體制造電氣設(shè)備的絕緣層，需要對使用六氟化硫氣體的設(shè)備進行充氣。目前六氟化硫充氣技術(shù)主要以人工操作為主，充氣的速度由壓力閥控制，操作人員通過仔細傾聽氣體輸送管道中的流動充氣的聲音來控制充氣速度。同時，充氣時工作人員還需要注意兩個氣壓表的讀數(shù)。而且在整個加氣過程中，需要輕擊充氣設(shè)備和設(shè)備的氣壓計，因為氣壓計可能會被卡住而導(dǎo)致氣壓讀數(shù)不準確。當充氣完成的時候，充氣設(shè)備完全由人工進行操作停止，這樣的氣體壓力控制的精度并不高，可能會出現(xiàn)充氣不足或過多的情況。同時，現(xiàn)有的主要智能充氣設(shè)備都是基于一整套完整的充氣氣壓自動控制系統(tǒng)來完成充氣回路的控制的，這樣的設(shè)備通常非常龐大而線路復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，不僅會影響充氣過程的進度，而且修繕也十分麻煩[2]。

2 當前六氟化硫充氣系統(tǒng)存在的問題

現(xiàn)階段的六氟化硫充氣系統(tǒng)設(shè)備主要存在以下問題：首先，現(xiàn)階段的六氟化硫充氣系統(tǒng)設(shè)備一般需要手動操作設(shè)備電源開關(guān)，使用控制系統(tǒng)的智能充氣設(shè)備必須按照線路進行操作，因此在這樣復(fù)雜的工作環(huán)境中，連接充氣控制系統(tǒng)的一整條線路會使得充氣設(shè)備和需要充氣的設(shè)備的擺放位置受到限制，可能會影響到設(shè)備的運行，而且如果現(xiàn)場的線路太多，而操作人員的活動空間太小的話，人員很容易在是在在行走時出現(xiàn)安全風(fēng)險。

第二，六氟化硫氣體充氣設(shè)備必須使用充氣的管道進行充氣，而充氣管道的回收都是靠人力來進行的，這樣比較不方便，而且效率非常低，浪費了不必要的人力。

第三，在充氣的過程中，有一個非常重要的點需要控制，也就是六氟化硫氣體的含水量。充氣過程中六氟化硫氣體的含水量會影響到管路的干燥程度，當管路中達到一定的濕度，會使得電氣設(shè)備中的六氟化硫氣體失去一定的絕緣能力，從而造成設(shè)備的損壞，嚴重的可能會影響到操作人員的人身安全。

第四，在對整個充氣設(shè)備進行操作管理的時候，在傳統(tǒng)的充氣操作過程中，操作人員需要不斷注意兩個氣壓表的讀數(shù)，在整個加氣過程中，需要輕擊充氣設(shè)備和設(shè)備的氣壓計，防止各種原因?qū)е碌臍鈮鹤x數(shù)不準確。而且六氟化硫的設(shè)備氣壓的需要可能會隨著對電氣設(shè)備的性能要求的變化而變化，如果沒有進行多方位的充氣運營管理，及時滿足到六氟化硫充氣調(diào)節(jié)的需求，很可能會造成一定的安全風(fēng)險[3]。

3 六氟化硫智能自動充氣裝置的設(shè)計技術(shù)原理

設(shè)計技術(shù)原理如下：

①通過聯(lián)合六氟化硫溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器和環(huán)境濕度傳感器以及事先設(shè)定好的六氟化硫氣體密度進行目標的六氟化硫充氣壓力的運算，和壓力傳感器聯(lián)合進行氣壓設(shè)備的識別的調(diào)節(jié)控制。

②六氟化硫的含水量作為一個控制重點，需要單獨設(shè)置一個模塊進行六氟化硫含水率的運算，通過露點傳感器進行探測和運算，反饋到環(huán)境濕度傳感器中。

③不同的傳感器（壓力傳感器、真空度傳感器、真空泵傳感器）不斷運算反饋充氣管道的實時狀態(tài)，并顯示在專門的模塊中。

④通過不同傳感器的反饋結(jié)果進行相關(guān)設(shè)備的壓力、流量和閥門開閉的調(diào)節(jié)，最終將結(jié)果運用在目標充氣設(shè)備上。

⑤通過運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，聯(lián)合多方如數(shù)據(jù)服務(wù)器和運檢管理中心等反饋給充氣操作員以當下充氣設(shè)備操作的調(diào)節(jié)建議，操作員再結(jié)合顯示模塊的充氣運行情況等進行具體的調(diào)節(jié)。運檢管理中心等由專門的主管領(lǐng)導(dǎo)、專家和調(diào)度員組成。

⑥全自動繞線是以旋轉(zhuǎn)線圈和發(fā)條自動儲能技術(shù)的形式進行。充氣過程所使用的管線在不使用時，可以纏繞在專門的線圈轉(zhuǎn)盤上，在需要使用的時候再拉出來。同時，發(fā)條受到拉動的時候可以儲存一定的能量，方便下次的收拉操作。

⑦利用專門的收納外殼來制作充氣管線收納的箱包，這樣的外殼通過專門的設(shè)計方案進行設(shè)計制作，可以很好地存放電氣設(shè)備所要使用的充氣管線，防止出現(xiàn)潮濕漏水等的情況發(fā)生。

⑧自動繞線裝置可以封裝在一個可以靈活開合的儲存袋中，將平時不用于實際充氣操作的部分管線隱藏在儲存袋的內(nèi)部，簡化了外界實際充氣操作的收放管線的過程。

4 六氟化硫智能自動充氣裝置的具體設(shè)計

圖1 六氟化硫智能充氣裝置

4.1 裝置運行的流程編號說明

10-進氣接口、11-電磁閥、12-壓力檢測器、13-壓力調(diào)節(jié)閥、14-電磁閥、15-真空泵、16-回收袋、17-電磁閥、18-露點檢測器、19-電磁閥、20-流量調(diào)節(jié)閥、21-壓力檢測器、22-電磁閥、30-充氣接口、（201A—201G）-管道。

4.2 六氟化硫智能自動充氣裝置的運行原理及順序

六氟化硫智能自動充氣裝置的模塊設(shè)置更加簡潔明了，整個充氣操作過程更加完善合理，避免了很多不必要的隱患的同時，使得充氣的操作和調(diào)整更加高效。

4.2.1 程序一：管道環(huán)境初始化

打開13、20使201A201B201C201D201F 這些管道連通，通過12和21判斷管路內(nèi)壓力，如果大于0.1MPa，打開17通過201G 管道將氣體釋放至16中。

4.2.2 程序二：管道干燥預(yù)處理

接程序一，直至12或21檢測壓力數(shù)據(jù)≤0.1 MPa，關(guān)閉17切斷201G 和16，再打開14使201E 與201A201B201C201D201F 管道連通，啟動15對這些管道進行抽真空，目的是抽除管道內(nèi)空氣，并加速微量水分蒸發(fā)，促使管道內(nèi)無氣體及達到干燥環(huán)境，達到目標干燥度后，關(guān)閉14、13、20。

4.2.3 程序三：源氣體準備

接程序二，10與源氣體連接，30與六氟化硫電器設(shè)備連接。打開11，通過12檢測源氣體壓力與目標設(shè)定充氣壓力比對，如果12檢測數(shù)據(jù)小于等于目標設(shè)定充氣壓力，則關(guān)閉11并通知操作員更換氣源。如果12檢測數(shù)據(jù)大于目標設(shè)定充氣壓力，則打開并調(diào)節(jié)13至目標設(shè)定充氣壓力，再打開19使氣體經(jīng)18檢測其露點（氣體含水量），此時排放的氣體經(jīng)201G 進入16。

4.2.4 程序四：正式充氣

接程序三，當18檢測數(shù)據(jù)小于等于目標設(shè)定露點值時關(guān)閉19，再打開20和22將氣體輸送至六氟化硫電器設(shè)備中。當21檢測壓力到達目標設(shè)定壓力值90%時，調(diào)節(jié)20逐步減小流量，直至21等于目標設(shè)定壓力值后關(guān)閉22、11。

4.2.5 程序五：停機

接程序四，打開17使氣體經(jīng)201G 進入16直至12和21小于等于0.1MPa 后，關(guān)閉13和20，并通知操作員整個充氣工作結(jié)束。

5 六氟化硫智能自動充氣裝置的控制原理

5.1 控制原理大致過程

圖2 控制原理圖

5.2 六氟化硫智能自動充氣裝置的創(chuàng)新點

5.2.1 模塊設(shè)置合理全面

新型的六氟化硫智能自動充氣裝置在充氣方面設(shè)置了專門的充氣壓力運算模塊從而控制六氟化硫的充氣過程，考慮到了事先設(shè)定的六氟化硫密度，通過多個傳感器進行數(shù)據(jù)傳輸，保證了對充氣壓力的全面控制。通過聯(lián)合六氟化硫溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器和環(huán)境濕度傳感器以及事先設(shè)定好的六氟化硫氣體密度進行目標的六氟化硫充氣壓力的運算，和壓力傳感器聯(lián)合進行氣壓設(shè)備的識別的調(diào)節(jié)控制。六氟化硫的含水量單獨設(shè)置一個模塊進行六氟化硫含水率的運算，通過露點傳感器進行探測和運算，反饋到環(huán)境濕度傳感器中。不同的傳感器不斷運算反饋充氣管道的實時狀態(tài)，并顯示在專門的模塊中。最后，通過不同傳感器的反饋結(jié)果，聯(lián)合邏輯運算和不同的調(diào)節(jié)控制器進行最終充氣設(shè)備的調(diào)節(jié)，這樣的調(diào)節(jié)更加合理和有效[4]。在傳統(tǒng)的充氣設(shè)備中，操作員只是根據(jù)傾聽充氣管道的氣體流動的聲音顯然是不足的。

5.2.2 綜合考慮氣體濕度的重要影響

同時，本充氣設(shè)備還考慮到了氣體濕度的影響這一重點，分環(huán)境濕度傳感和管路干燥檢測兩方面進行控制，更加全面。

5.2.3 設(shè)置了互聯(lián)網(wǎng)通訊模塊

六氟化硫智能自動充氣裝置還設(shè)置了一個非常重要的模塊，也就是互聯(lián)網(wǎng)通訊模塊，該模塊是用來反饋給充氣設(shè)備操作員。在過去，操作員只能通過現(xiàn)場觀察和經(jīng)驗分析來完成對充氣設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制，這樣控制的精度很差。而在六氟化硫智能自動充氣裝置中，操作員可以聯(lián)合顯示模塊的內(nèi)容，GPS 的精準定位信息和互聯(lián)網(wǎng)通訊模塊內(nèi)容進行設(shè)備的調(diào)節(jié)控制管理?；ヂ?lián)網(wǎng)聯(lián)合了數(shù)據(jù)服務(wù)器和運檢管理中心等幾方的信息反饋，最終可以監(jiān)測充氣設(shè)備的具體運營情況，并且可以在及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題之后，馬上反饋到互聯(lián)網(wǎng)模塊中呈現(xiàn)給操作員，以便操作員及時迅速地進行調(diào)節(jié)操作[5]。

5.2.4 充氣過程更加智能自動化

在過去在充氣過程中通常會使用大量的人力，因為充氣所要考慮的事情非常繁瑣。因此在本設(shè)備中使用了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)通訊模塊傳輸?shù)谋O(jiān)控信息，操作員再進行相應(yīng)的操作。而且本設(shè)備還可以自動進行初始化管道環(huán)境調(diào)節(jié)，干燥預(yù)處理，在充氣過程中自動監(jiān)測露點和壓力值，最后還可以自動關(guān)機。這樣的智能自動化設(shè)備減少了操作人員的工作量，也使得整個充氣調(diào)節(jié)過程的精度更高。

5.2.5 自動回收充氣管線部分

可以使充氣所使用的管線在不使用時折疊成線盤，相應(yīng)的充氣管道線會因作用力而被收緊而不是散落，在使用的時候，相應(yīng)的管線可以輕松拉出來。

綜上，六氟化硫智能自動充氣裝置本身比起傳統(tǒng)的充氣操作和設(shè)備更加方便快捷，而且對于整個充氣過程的質(zhì)量把控程度更高，監(jiān)測系統(tǒng)更加完善，同時隨著時代的不斷發(fā)展，在充氣領(lǐng)域應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是大的趨勢，而本裝置就很好地利用了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了充氣過程的監(jiān)控。因此本裝置可以應(yīng)用在更多的電氣設(shè)備充氣領(lǐng)域，方便電氣設(shè)備的充電過程。