带电绝缘开关气体净化装置的设计

戈兴祥，张建飞，廖伟兴

(1.深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000；2.河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001)

0　引　言

随着电力行业的迅速发展，大量的SF6气体绝缘开关不断地投入运行。在SF6气体绝缘开关中，水分含量是一项极其重要的指标，水分含量超标，会导致开关绝缘性能降低，有可能出现设备故障。并且在绝缘开关运行过程中，由于电弧、电晕、火花和局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会发生分解，分解物遇到水分后会变成腐蚀性电解质，会对部分金属物、绝缘件产生腐蚀作用，进而影响绝缘开关的寿命，甚至造成严重的设备故障。产生的有些高毒性分解物如SF4、S2F2、HF和SO2等对人体有害，甚至危及生命。为此，国家和电力行业相关标准或规范，如《六氟化硫电气设备运行试验及检修人员安全防护细则》、《六氟化硫电气设备中气体管理和检验导则》等，均提出了绝缘开关中SF6气体质量监督和管理要求。《六氟化硫电气设备中气体管理和检验导则》中明确规定“运行设备若发现湿度超出标准，应进行干燥、净化处理”。现阶段，我国电力市场上的SF6气体回收净化设备都是针对SF6绝缘开关的生产、安装及检修维护而研发，在绝缘开关内部气体水分或分解物含量超标，有可能影响开关正常运行时，就必须停电检修。但是，停电会影响电网的正常运行，而且检修并置换气体程序复杂、工作量较大，因此如何在不停电状态下进行绝缘开关中的SF6气体的净化处理成为亟需解决的问题。

1　带电绝缘开关气体净化装置的设计

带电绝缘开关气体净化装置能够在不停电状态下，对绝缘开关内SF6气体进行净化处理，去除气体中的水分和分解产物。净化过程不影响绝缘开关的正常运行，实现开关带电连续工作。

1.1　设计原理

带电绝缘开关气体净化装置的基本工作原理是：利用增压装置将绝缘开关气室中的一定量的SF6气体进行抽出，经过吸附装置后，注入缓冲灌内；再利用增压装置将缓冲罐内的气体抽出，再次经吸附装置后，回充至绝缘开关气室。在气体经吸附装置时，吸附装置内的吸附剂能够有效吸附气体中所含的水分和分解物。然后重复此过程，最终完成SF6气体的净化处理。

1.2　工作流程

本文所设计的带电绝缘开关气体净化装置主要由吸附装置、真空泵、增压装置、缓冲容器组成，工作流程如图1所示。在开始气体净化前，首先要对装置及管路抽真空，避免装置及管路内的杂质气体给净化过程带来污染。绝缘开关气室内的SF6气体进入带电绝缘开关气体净化装置后，首先经过吸附装置对气体中所含的水分、颗粒物、SF6气体分解产物等进行吸附，吸附后的气体经增压装置加压注入缓冲容器内。当缓冲容器内储存一定容量的SF6气体后，将气体再次注入吸附装置二次吸附，经增压装置加压回充至绝缘开关气室内，完成一个净化过程。然后重复此净化过程，多次循环后，绝缘开关气室内的气体水分和分解物含量降低至允许范围，最终完成SF6气体的净化处理。

图1　带电绝缘开关气体净化装置流程示意图

1.3　结构原理

如图2所示，本文所设计的带电绝缘开关气体净化装置主要零部件包括进气接口1、电磁阀2、电磁阀3、吸附装置4、电磁阀5、压缩机6、电磁阀7、缓冲容器8、压力传感器9、电磁阀10、减压器11、电磁阀12。

图2　带电绝缘开关气体净化装置结构原理简图

装置的电气控制由PLC结合触摸屏控制，通过压力传感器传递信号来控制电磁阀等零部件的开断，同时在触摸屏上进行压力传感器压力设定。

工作时，装置进气接口1与开关气室连接，根据开关气室容积合理设定压力传感器设定值。装置功能实现过程如下：

(1)吸气过滤：启动带电绝缘开关气体净化装置，电磁阀2、电磁阀3、电磁阀5、电磁阀7打开，压缩机起动。开关气室内的气体经进气接口1、电磁阀2、电磁阀3后，进入吸附装置4，SF6气体内的水分、分解物、颗粒物等被吸附剂吸附。气体从吸附装置4流出后，进入压缩机6加压，经电磁阀7后，储存在缓冲容器8内。

(2)充气过滤：当缓冲容器8内的压力达到压力传感器设定上限值，电磁阀2和电磁阀7关闭，电磁阀3、电磁阀5、电磁阀10、电磁阀12打开，压缩机起动。缓冲容器8内的气体经减压器11减压，通过电磁阀12、电磁阀3后，进入吸附装置4，SF6气体内的水分、分解物、颗粒物等被二次吸附。气体从吸附装置4流出后，进入压缩机6加压，经电磁阀10后，回充至开关气室内。当缓冲容器8内的压力达到压力传感器设定下限值，重复过程1。

通过上述2个阶段的过滤吸附，被抽出的SF6气体被充分的净化处理，重新回充至开关气室内。重复此过程，开关气室内的气体经多次净化处理，最终达到降低SF6气体水分、分解物的含量至允许范围。

2　试验验证

2.1　结构原理

在容积为1 m3的标准压力容器内配置压力为0.6 MPa，含有一定含量水分、H2S、SO2、CO的SF6气体，静置2 h后，连接带电绝缘开关气体净化装置，对压力容器内的气体进行净化处理。持续处理2 h后，停机静置30 min，对压力容器内的气体进行水分和分解产物含量检测。

2.2　验证结果

经过检测，经过带电绝缘开关气体净化装置净化处理后，气体的水分、H2S、SO2、CO等的含量均大幅下降,试验验证结果见表1。通过验证，证明带电绝缘开关气体净化装置完全能够对开关中SF6气体的水分和分解物进行净化处理。

表1　试验结果

3　结　论

通过吸气过滤和充气过滤的二次过滤设计，实现了对开关中SF6气体的水分和分解物的净化处理，研制出带电绝缘开关气体净化装置。该装置的研制成功，实现了在不停电状态下进行绝缘开关中的SF6气体的净化处理，有效延长了绝缘开关的使用年限，避免了因开关内部气体水分或分解物含量超标，导致的停电检修。因此，装置的推广应用具有重要意义。

装置虽然研制成功，但在以下方面仍需改进：一是目前虽然对标准容器进行试验成功，但是并未在开关带电运行时进行试验，装置的运行是否会对带电开关的运行产生影响仍有待验证；二是过滤装置吸附水分和分解物饱和后，需更换吸附剂，如果在装置上增加吸附剂再生功能，可以使装置的功能得到进一步完善。

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