提高SF6气瓶充气效率的研究与应用

1、 提高sf6气瓶充气效率的研究与应用 摘要：随着我局新建电站的陆续投运，sf6气体绝缘断路器及gis设备数量继续增长。根据gb50150-2016 电器安装工程 电气设备交接试验标准中规定，在运sf6断路器年泄漏量不大于0.5%，以西开lw13-550型罐式断路器为例，其sf6气体充装量通常接近250kg，换算成符合规范的年泄漏量约为2.5kg为使断路器sf6保持额定气压，需对运行中压力偏低的进行充气，在开展500kv断路器进行套管更换、灭弧室检查等检修作业时，也需回收后重新充装sf6气体，并且随我局gis、hgis、gil设备的陆续投运，sf6大型充装工作量逐年增多。关键词：断路器；充气效率

2、；sf6气瓶shorten the inflation time of sf6 cylinderswang ruijun，pei zhiqiang，sun wei(inner mongolia ehv power supply bureau, hohhot ,010080)abstract：with the continuous commissioning of new power stations in our bureau, the number of sf6 gas-insulated circuit breakers and gis equipment continues to gro

3、w. gb50150-2016 electrical equipment installation engineering electrical equipment handover test standard stipulates that the annual leakage of the sf6 circuit breaker is not more than 0.5%. take the west lw13-550 type tank circuit breaker as an example, the sf6 gas filling capacity is usually close

4、 to 250kg, converted into a standard annual leakage of about 2.5kg in order to maintain the rated air pressure of the circuit breaker sf6, it is necessary to inflate the low pressure during operation, and the normal operation of the air supply is large. in addition, in the 500kv circuit breaker for

5、casing replacement, arc chamber inspection and other maintenance operations, it is also necessary to refill and refill sf6 gas, and with the gis, hgis, gil equipment, the sf6 large-scale filling the workload has increased year by year.key words：circuit breaker; aeration efficiency; sf6 cylinder0 引言作

6、为国民经济重要部门之一的电力工业，它的发展水平不仅对国民经济的其他部门会产生巨大影响，合理地进行创新，不仅可以提高电力系统检修的可靠性，还可以获得巨大的社会效益和经济效益1。对提高电力公司的经济效益与竞争力、节约能源具有很大的现实意义2。检修现场对断路器罐体充装sf6时，sf6气瓶内是一个液态sf6汽化的过程，该过程将从周边环境吸收大量的热，每1kg的sf6气体由液体状态汽化升温至20状态，将从周围环境吸收约220kj的热量。若使用40l新气瓶充气（内含约50kg的液态sf6），每次需要气瓶56个，充气过程中由于气瓶低温导致压力不足，sf6未充分汽化导致充气系统管路、阀体冻结损坏等原因造成充气

7、缓慢的情况发生，严重影响检修进度，并存在安全隐患3,4。1 现状分析在我局察右中变、武川变等500kv abb断路器套管更换过程中，一般使用六氟化硫回收车进行断路器本体的气体回收及回充，但为保持回收车内部有足够正压，防止空气及水分等的侵入，回收气体总有一部分残留在回收车储气罐内，同时断路器罐体内也残留一部分气体无法回收。将一瓶满瓶的sf6钢瓶接入设备进行充气，当充装进行约5分时，钢瓶底部就会开始结霜，充气速度明显减慢，到89分钟时，钢瓶下方已开始结冰，充气基本停止。夏季时，虽然环境温度较高，但依旧充装到十多分钟时钢瓶就会明显结冰、管路冻结，导致无法充气。且无法充气时，钢瓶内大多还残留有40%6

8、0%的sf6液体，若等待气瓶解冻恢复压力，夏季需要12小时，冬季则更久，严重影响检修进度5。2 原因分析2.1 充气检查流程断路器充气是一个较为复杂的操作过程，一般由充气前检查与充气操作两大部分组成。充气前一般检查流程为：（1）充气前，检验气体质量，主要检测气体微水（2）使用合格的、吸湿率低的充气软管，检查管路保持清洁，防止水分及杂质由软管带入设备（3）充气环境湿度应不高于80% （4）充气时应使用减压阀控制充气速率，减压阀应保存良好，接气瓶前应处于关闭状态。由上述检查及操作流程，小组使用头脑风暴法，集思广益，总结出若干影响充气速率的原因，主要有充气过快、节流阀开度不足、断路器充气接口故障、减

9、压表调整错误、钢瓶低温、减压表冻结、管路破损、管路冻结、钢瓶阀故障、钢瓶充装不足等问题原因。3 要因因素及确定（一）操作不当（二）质量问题（三）环温低通过上述分析，主要由于sf6充气钢瓶在使用过程中，液态sf6不断汽化吸热造成低温，而周围环境又不能及时提供足够热量到钢瓶，导致sf6无法持续稳定汽化，从而造成充气缓慢。4 制定对策对断路器罐体充装sf6时，sf6气瓶内是一个液态sf6汽化的过程，该过程将从周边环境吸收大量的热，为使sf6可以在充气钢瓶中连续稳定汽化，对钢瓶进行外部加热或使用其它手段，也能在一定程度上支持sf6汽化，从而使充气速率稳定。常用的方法主要有加热法及降低钢瓶出口压力的方法

10、6。以下对各方法进行简要介绍及优缺点阐述。4.1 加热类方法：4.1.1 明火加热：充气时使用柴火、煤炭等燃料，或使用燃油喷灯对sf6气瓶底部进行直接加热，以使sf6持续汽化，可有效提高充气速率，且加热材料轻便，易取得。加热热量不可控，若不持续观察，容易使气瓶过热，或局部过热，造成气瓶爆炸，存在严重安全隐患，同时还存在火灾隐患。4.1.2 电热加热设备直接加热电加热热量产生稳定，结合温控装置便于实现温度控制，无明火，相对安全，且每次更换气瓶需要重新拆装缠绕，操作不便，加热材料无法与钢瓶很好的贴合，热传导不良。且钢瓶表面存在冷凝水后，可能导致电阻丝短路，存在火灾及触电隐患。充气时使用热风枪、碘钨

11、灯等对气瓶进行间接烘烤加热。4.2 降低钢瓶出口压力法该方法使用sf6充气设备，将钢瓶经汽化器、压缩机等再与断路器罐体连接，sf6气瓶压力降低后，压缩机启动，继续由钢瓶内抽取sf6，降低钢瓶出口压力，从而降低液态sf6表面压力，强制sf6继续汽化，但是设备体积庞大，不便于运输、使用，且压缩机启动后，sf6气瓶容易过度放气，若管路连接不当，有吸入空气的隐患。同时，sf6充气设备本身管路较为复杂，其清洁度无法有效保障，管路清洁吹扫维护不便，也容易对断路器内部sf6气体产生污染。通过改良电直接加热形式设备，获得一种较为轻便、加热效率高、温度可控、安全实用的电加热装置，以满足日常sf6气体充装作业时的

12、气瓶加热。5对策实施（一）针对充气过程中加热器使用环境及常规检修条件，小组成员对新加热系统提出以下设计要求，气瓶加热器应至少由加热层、保温层及防护外壳构成，加热层选用足够功率的电加热材料；保温层应起到保温及均匀压紧加热层至钢瓶表面的作用，且有保护加热材料并具备防水、耐高温、阻燃等性能；加热器外壳需具备压紧固定功能，外壳具备足够的支撑性能；加热器应具备温控装置。（二）以下对sf6充气时消耗的热量进行简单计算:sf6气体的汽化热（-63.8，101.325kpa）：161.61kj/kg,sf6气体比热容：0.665kj/（kg.k）汽化吸热主要由两部分热量组成，汽化热：q1=161.61kj,汽

13、化后由沸点升温至环温吸热（以环温20计算）：q2=cmt=0.665（63.8+20）=55.744kj,则每1kg的sf6液体汽化至20，在101.325kpa时需吸收q=q1+q2=161.61+55.744=217.35kj,则每瓶50kg装六氟化硫气充装完成，吸收热量：qz=217.3550=10867.5kj每30分钟完成1瓶充装工作，则充气时的吸热功率为：p=qz/t=10867.5/1800=6.0375kw。上述计算是在理想绝热环境中的吸热情况，实际环境中，环境温度的热传递也将参与这一吸热过程。同时，由于存在热传导效率因素，加热器的实际加热功率应大于该计算值，故选定加热器加热功

14、率为6.0kw。6总结以500kv西开断路器为例，单相充气量约为250kg，即5瓶气体。应用该成果后，可将每相充气时间稳定控制在2.5小时以内。单台断路器完成充气可缩减充气时间10小时以上。以我局某东送日电量2000万千瓦时线路估算，若开展断路器a类检修单开关运行，以限负荷后损失40万千瓦负荷计，每度电价以0.348元计，则单台断路器检修减少电费损失40*10000*10*0.348=139.2万元。以2019年计划开展11台500kv西开断路器a类检修计算，则将减少当年电费损失约1500万。同时随着提高sf6气瓶充气效率成果的逐步应用，大幅提高了sf6充气操作的安全性，减少了搬运气瓶、频繁移

15、动加热源等危险性较大的操作，消除了传统充气加热手段的诸多安全隐患，有力保障了现场检修作业的安全稳定开展7,8。本次提高sf6气瓶充气效率成果，被应用于多次sf6现场充气操作过程中，使用情况良好。可有效加热充气中的气瓶，防止气瓶低温造成sf6液体难以汽化，并可稳定将单瓶50kg气瓶充气时间控制在0.5小时以内，具有推广价值。参考文献1 梁勐.一种实时记录sf6气体充气管理系统的研制j.科技经济导刊,2018,26(36):63+65.2 周晓琴,周海滨,乌大鹏.变电设备用sf6气瓶加热服浅析j.科技创新与应用,2016(27):191-192.3 吴瑜.sf6气体分解产物在高压电气设备故障诊断中的应用分析j.自动化应用,2018(10):112-113+115.4 代相波,赵志刚,李胜辉.gis设备中sf6气体泄漏检测分析j.东北电力技术,2018,39(10):16-19.5 何新根.浅析水电站gis设备sf6气体泄漏原因及检漏方法j.四川水利,2018,39(05):53-54.6 王志斌.低温环境下sf6断路器报警及闭锁故障分析j.黑龙江电力,2018,40(02):157-160+166.7 董海波.变电站便携式sf6气瓶加热装置研究j.电子设计工程,2018,26(05