大型SF6设备如何快速充气·

李金明 刘静 寿庆江 江山

摘 要:SF6气体是一种应用于高压设备极好的气体电介质,它已广泛应用于断路器、GIS、变压器等电气设备。大型SF6设备需要现场组装、现场充气。目前大型设备充SF6气体是一个比较困难的问题,充气速度慢,钢瓶内剩余SF6气体量大,造成严重浪费。通过水循环加热法,控制充气速度,极大的减少了充气时间,并且使SF6气体得到充分利用。这种充气方法简单,易于操作,具有很大的应用价值和经济价值。

关键词:快速高效充分利用社会价值经济价值

中图分类号:TM5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(a)-0062-02

1引言

SF6是一种应用于高压设备极好的气体电介质,它已广泛应用于断路器、GIS、变压器等电气设备。SF6气体的耐电强度高、灭弧能力强、通常无液化问题、化学稳定性好,它是现今为止最理想的绝缘和灭弧介质。GIS等组合电气设备需要大量的SF6气体,并且这些设备一般都在现场组装,现场充气。目前大型设备充SF6气体是一个比较困难的问题。主要问题有,(1)充气速度太慢,延误组装时间,大大加长了施工工期;(2)SF6钢瓶内剩余大量SF6气体,造成严重浪费,增加了电力成本。

2SF6设备充气难的原因

SF6气体在钢瓶内呈液态储存,经减压阀变成气态后充入电气设备,这种充气过程在物理学上称为汽化。液体中分子的平均距离比气体中小得多,汽化时分子平均距离加大、体积急剧增大,需克服分子间引力并反抗大气压力作功。因此,汽化需要吸收热量,汽化所需热量可以由自身、周围物体或周围环境提供,当提供的热量不能满足汽化需要的热量时,液态物体的自身温度就要降低,液态SF6温度降低,汽化的速度就会减慢,也就是充气的速度减慢了。当液态SF6温度降到凝固点以下时,SF6就会变成固态,这时汽化的速度就更慢了。我们看到的现象就是:SF6钢瓶下部会结一层厚厚的冰,如果我们向钢瓶上泼些水,水会立刻结成冰,这就说明此时钢瓶内部远远低于零摄氏度,充气几乎停止。

这种现象在冬季最为明显,因为冬季气温低。将一个满瓶的SF6钢瓶接入设备进行充气,当充气进行大约5分钟左右时,钢瓶下部就会开始结冰,充气速度明显减慢。到8分钟左右时结冰就已经很厚,充气基本停止。在夏季的时候,雖然气温比较高,但在充气到7分钟左右时,钢瓶底部也会开始结冰,充气速度明显减慢。到10分钟左右时,结冰会变厚,充气基本停止。这时我们就只能将冰冻的钢瓶卸下,换上一个新的钢瓶继续充气。这个被冰冻的钢瓶内还有大约60%以上的气体,如果我们弃之不用,那么我们就浪费了大量的SF6气体。SF6气体是很昂贵的,这样就大大增加了电力设备的成本。如果将钢瓶放在阳光下,让其自然融化,则需要很长的时间。在夏季至少要放置3小时以上才能再次使用,在冬季至少要放置5小时以上才能继续使用。GIS设备需要大量的SF6气体(不同厂家的设备需要气体量不同,假设一个GIS电气间隔需要2瓶SF6气体,一个GIS共10个电气间隔),一个电气间隔用3-4瓶气体进行轮流充气,当钢瓶底部结冰,速度慢了就换上其他的钢瓶继续充气。当设备间隔内气体压力增加后,由于钢瓶内的压力与电气间隔内SF6气体压力差减小,也会减慢充气速度。把一个电气间隔充到标准压力至少需要5～6小时。一个GIS组合电气完全充完气体就需要50～60个小时,冬季所需时间会更长,并且每个钢瓶内都会剩余大量的SF6气体,会造成大量浪费。并且需要多次更换充气钢瓶,有可能对设备内SF6气体的微水含量造成影响。

3减少充气时间的方法

怎么才能减少充气时间,减少钢瓶内剩余的气体量,一直是现场充气需要解决的问题。各大型电气设备厂家和供电施工单位使用了很多方法,虽然提高了一点充气速度,但仍然有很大缺点。

方法一:在充气的同时,用木柴等可燃物直接对钢瓶底部加热。这种方法可以提供钢瓶内SF6汽化所需的热量,但会将SF6钢瓶底部烧黑,不利于厂家对钢瓶的回收,并且木柴燃烧产生的热量大且不均匀,钢瓶内温度极低,由于局部剧烈受热,很可能导致SF6钢瓶爆炸,因此这种方法是不可行的。

方法二:在充气的同时,用电热毯等加热设备裹住SF6钢瓶,用电热毯通电后产生的热量来提供钢瓶内SF6汽化所需的热量。由于电热毯功率小,不能平衡钢瓶内SF6汽化所需的热量。并且钢瓶底部结冰后,电热毯将冰融化产生的水会使电热毯受潮,甚至短路,烧毁,发生火灾,这种方法也是不可行的。

方法三:在充气的同时,将钢瓶放到大功率的取暖设备上。这种方法由于钢瓶受热面积小,也只能提供一部分汽化所需的热量,并且也只是局部受热仍然可能造成钢瓶的爆炸。这种方法也是不可行的。

方法四:在充气的同时,用喷灯的火焰烘烤钢瓶表面。钢瓶用起重设备吊起,喷灯的火焰均匀的在钢瓶表面行走,这样不至于使钢瓶因局部受热而爆炸,但现场操作起来比较困难,需要起重设备和专人使用喷灯烘烤。并且喷灯的火焰不能平衡钢瓶内SF6汽化需要的热量。在冬季的时候,用这种方法充气,8分钟左右钢瓶底部就会出现结冰,10分钟左右就基本停止充气。这种方法仍然没有有效的解决充气时间长和钢瓶内剩余气体多的难题。

4水循环加热法

我们通过多次GIS大型电气设备充气的试验,现在已基本形成一整套完整的充气方法,这种方法不仅极大的缩短了充气时间,并且可以使钢瓶内的气体使用率在96%以上。用这种方法我们完全充完一个8个间隔的GIS组合电气设备,总共使用了17瓶SF6气体,共用时8个小时。一满瓶的SF6气体只需要30分钟便可以完全充入设备内,中间不需要更换其他的钢瓶,并且充完气的钢瓶内剩余的SF6气体量少于4%,这不仅极大的缩短了充气所需的时间,且充分的使用了SF6气体,大大减少了电力设备的成本。减少了更换钢瓶的次数,同时也减小了对设备内SF6气体微水含量的影响。

4.1 准备用品

绝缘胶垫一张、大号塑料水桶(高度大于50cm、桶口直径大于2倍SF6钢瓶直径)1个、热水器(普通烧水用的热水器即可,功率在800～1000W每个)8个、起重设备,便于将钢瓶吊起(条件不允许的施工现场也可以不用)、220V电源、绝缘橡胶手套2付、温度计1个。

4.2 充气的具体步骤

(1)将大号塑料水桶内倒入2/3的水,放在绝缘胶垫上。

(2)将待充气的钢瓶用起重设备吊起后,放在水桶内,水桶内的水不溢出即可。钢瓶的底部不要接触大号塑料水桶的底部。如果施工现场没有起重设备,可以俩个人一起将SF6钢瓶抬起,直立放入桶的中间部位,底部用砖头垫起,钢瓶底部距离桶底留有3-5cm的间隙,便于水的循环。

(3)在水桶内放入4个热水器,热水器的使用要按照我们日常生活中烧水的方法,热水器烧水部分要完全放入水中,且不可以让水进入热水器的电气部分。

(4)接好充气装置,打开阀门进行充气。

(5)接好热水器,观察水的温度变化,桶内水的温度控制在30～40摄氏度之间。工作人员要带绝缘橡胶手套,禁止直接用手接触SF6钢瓶和热水器。如果发现钢瓶底部结冰,水桶内的水温度不高时,可以增加1-2个热水器,增加热量。如果发现水桶中水的温度过高,要及时减少1～2个热水器,以减少桶内热量。降低水的温度,可以减慢充气速度。提高水的温度可以加快充气速度。

(6)发现SF6钢瓶内气体已经很少,充气困难时。先停热水器,将热水器全部拔掉,然后在停止充气。更换新钢瓶重复步骤1～6。

4.3 注意事项

(1)要先打开充气阀门进行充气,然后在对水加热。如果先加热,水可能很快就会沸腾,可能造成钢瓶内气体温度过高,压力过大,钢瓶爆裂。

(2)通过听充气管内气流的声音和观察压力表压力的变化判断钢瓶内剩余SF6的数量。當剩余SF6很少,充气管内气流声很微弱,充气困难时,要及时停止充气。停止充气要先停止加热,把热水器全部拔掉,然后在关闭阀门停止充气。

3)操作时要带绝缘橡胶手套,不要用手直接接触钢瓶和电热器,防止触电。

4)用起重设备吊起钢瓶悬于水桶中,钢瓶要放稳,不要左右摇摆,防止钢瓶将水桶撞倒,钢瓶底部距离桶底留有3～5cm的间隙,便于水的循环。

5)水的温度不易过高,最好控制在30～40℃即可。

6)如果充气的环境密闭且空间不大时,打开通风装置,降低室内空气湿度,减小对SF6气体微水含量的影响。

这种方法是用热水器加热水,通过增减热水器的数量控制水的温度,也就是控制向水中输送的热量,控制简单。然后水将热量传给放置在水桶中的SF6钢瓶,由于钢瓶下半部分放置在水中,钢瓶温度很低,水的温度高,水自然会产生循环,钢瓶受热均匀,没有发生爆炸的危险。如果工作现场没有起重设备,可以在水桶底部放置几块砖头,将SF6钢瓶垫起,不要将钢瓶直接放到水桶内,以免影响钢瓶底部的水循环,钢瓶放在砖头上要放稳,注意钢瓶不要发生倾倒。

由于充气过程桶内水的温度控制在30～40℃之间,水的温度很低,远远低于水的沸腾点,因此桶内水的蒸发量很小,几乎不会影响整个充气环境的湿度。如果充气环境密闭且小,可以打开通风装置,降低空气的湿度。用这种方法对GIS组合电气设备充气完成以后,放置规定的静置时间,对GIS组合电气的每一个单独气室进行SF6气体微水含量检测,SF6气体微水含量基本在60～80ul/L,小于国家规定的标准(投入运行前的设备SF6微水含量≤150ul/L)与普通充气测得的SF6微水含量基本一致。也就是说,用水给SF6钢瓶加热并不会影响充入设备内的SF6气体的微水含量。

5结语

这种SF6快速充气方法不受季节温度的影响,不受地理环境的限制,在全国范围内可以普遍的应用。这种充气方法操作简单,所需设备简单。解决了GIS等大型SF6电气设备充气时间长的难题,并且可以将SF6气体充分应用,大大减少了钢瓶内剩余的SF6气体,大大降低了电气设备的成本,有很大的社会价值和经济价值,这种充气方法具有很高的应用价值。

参考文献

[1] 国家电网公司电力安全工作规程.中国电力出版社,2005.

[2] 高压电气设备试验方法(第二版).中国电力出版社,2001.

[3] 国家电网公司十八项电网重大反事故措施.中国电力出版社,2005.

[4] 高压开关设备管理规范.中国电力出版社,2006.