六氟化硫气体全生命周期管理集成系统的研制

(广东电网有限责任公司珠海供电局,广东 珠海 519000)

1 引言

近年，随着经济的稳步发展，国家对电网建设的投资逐年增加。基于环保、智能、高效、稳定的绿色电网发展理念，新入网设备的选择逐渐趋向集成化、无油化、智能化。据相关文献数据，我国330～500kV断路器投运量正以每年15%～20%的速率增长，110kV及以上电压等级的断路器大多是GIS或SF6断路器[11]。电力设备数量的急剧增长，也意味着电网企业SF6气体用量需求的级数增长。SF6气体的全生命周期管理得当，有助于提高设备的运行可靠性，延长使用寿命。

SF6气体作为最常见的绝缘灭弧介质，一直以来都被广泛应用于GIS、断路器、电压(流)互感器等各类电力设备中，但它除了具有极佳的绝缘性能之外，还会产生严重的温室效应(是CO2的2.39万倍)，被列为禁止排放的六种温室气体之一。随着各种SF6电气设备的大幅度投入运行，SF6监督的复杂性也在逐步增加，SF6设备的检修量也相应逐步增多。为打造成为服务经济社会发展的绿色电网，完善SF6气体全生命周期精益化管理迫在眉睫[12]。

2 电网企业六氟化硫气体使用及管理现状

近年，响应国家节能减排的可持续发展政策，南方电网率先做出“零排放”承诺，各地电网先后出台相关措施，强化SF6气体管理。

广东电网公司提出一系列“加强六氟化硫气体回收及配送工作管理”的相关要求，如：将供气方式由按需配给方式调整为按“气体回收量+合理损耗(气体回收量×8%)”的方式；在开展六氟化硫气体绝缘设备检修作业时，要求严格做到气体100%回收等。

安徽电网在加强SF6气体新气验收及现场质量监督管控的同时，提出SF6气体“统购、统检、统售”的管理模式，由公司电科院监督检测中心集中负责该省各地市局的SF6气体配给、回收、检测等[12]。

贵州电网则对辖区内的SF6设备漏气缺陷进行了专项排查，对造成漏气缺陷的原因进行了深入分析，并从完善设备运维管理、优化现有检修试验作业方法等角度提出改进措施。

通过对各地电网SF6气体管理现状的调研分析发现，目前各地市局尚未形成智能化程度高、台账覆盖面广、业务针对性强的六氟化硫气体全生命周期规范管理手段及辅助工具。且现有的SF6气体管理及补气回收工作主要存在以下问题：

(1)SF6气体使用/回收量难以精准计量。准确掌握SF6气体的使用/回收量，是实现SF6气体全生命周期精益化管理的基础。然而，目前我国仍有不少地市局在使用/回收SF6气体时仅通过目测设备气压，来对气体用量进行粗略估算。一些重视SF6气体管控的地市局，采用对SF6气体钢瓶称重的方式来获取准确的SF6气体用量信息。但受限于复杂的现场工况，部分情况下无法对气体进行称重，也就无法获取精准的气体用量信息。

(2)SF6气体与电力设备之间未建立关联台账。目前，尚未见文献提及SF6气体设备和SF6气体信息的集成管理，设备内充气体来源、补气/回收信息难以追溯，影响对设备状态和工作成效的准确评估。

(3)台账繁杂，智能化程度不高。根据调研了解，各地市局的SF6气体普遍由物流/电科院负责集中采购(配给)与回收，化学专业负责派发及试验监督，运检专业负责使用操作。SF6气体使用过程中，多专业、跨部门参与，台账多，管理信息冗杂，且跨专业查询不便，缺乏智能、集成、适用面广的一体化管控平台。

针对上述问题现状，论文提出一套六氟化硫气体全生命周期管理集成系统。

3 六氟化硫气体全生命周期管理集成系统功能及原理

3.1 功能概述

六氟化硫气体全生命周期管理集成系统将SF6气体仓储管理台账、SF6气体设备台账、SF6气体使用跟踪台账、SF6气体回收处理台账等集成整合于一体，实现覆盖SF6气体使用全生命周期的精益化管理，管理策略如图1所示。

图1 六氟化硫气体全生命周期管理策略

通过六氟化硫气体全生命周期管理集成系统，主要可以实现以下功能：

(1)通过系统配套的PC端软件及移动终端APP，实现气体全生命周期信息的准确记录、跟踪、查询。

(2)运用气体及设备身份编码技术，生成气瓶及设备的身份编码，关联气体-设备台账，实现气体使用、设备运维信息的智能管理。

(3)通过传感称重、动态流量计量等方式，实现SF6气体使用、回收量的动态精准计量管控。

(4)运用云端及无线数据传输技术，使系统数据在满足网络安全的条件下，实现内外网交叉互联，打破跨专业管理壁垒，方便作业人员的实时查阅。

3.2 原理设计

六氟化硫气体全生命周期管理集成系统主要由硬件部分和软件部分构成。

硬件部分实现气体使用过程中的精准定量计量；软件部分实现气体全生命周期、设备气体使用相关信息的全台账集成管控。装置硬件部分结构如图2所示。

从图中可见，称重装置可承载40L的气体钢瓶，通过称重表头获取准确的钢瓶内SF6气体重量变化数据。此外，当在现场无法通过钢瓶称重获取用量数据时，可将装置的自封接头与设备SF6气体取样阀相连，通过质量流量计来对SF6气体用量进行计量。

图2 装置硬件部分结构图

硬件部分可在现场实时获取充气钢瓶重量、气体流量、钢瓶温度、操作前后的设备压力等数据，数据可储存、导出，也可通过RS485通讯传输至蓝牙传输模块，由蓝牙传输模块将数据传输至蓝牙接收设备等移动终端，最后通过网络数据传输将数据上传至后台监控系统，实现对SF6电气设备充补气数据实时监控管理。同时，系统平台中的数据可通过扫码、手动输入等方式进行实时联网查询。数据传输原理如图3所示。

图3 数据传输原理图

系统配套的PC端软件可在WINDOWS 操作系统下运行，移动终端APP满足安卓系统运行平台，并实现友好的人机界面和操作体验。软件在符合相关网络安全要求的前提下可同时满足移动应用深度集成开发及互联网接入条件。基于Exmobi研发框架、移动应用中间件(Exmobi Server)、移动应用研发工具(MBuilder)，在移动应用平台研发规范下开展移动应用建设，通过该种集成方式可以共享移动应用平台的网络通道、内外网穿透能力。

软件部分的设计主要有以下几方面：

(1)建立辖区变电站点基础信息和SF6电气设备台账，完善设备基础信息和技术参数信息；并以设备为核心、气体品质管理为主线进行设备生产运行和气体全生命周期的全面管理。

(2)台账集成关联管理：针对地方局变电站运行设备的六氟化硫气体品质管理、检修设备换气加气数据台账、故障/缺陷设备气体数据、设备预试气体数据、气体库存数据等模块功能。

(3)气体登记管理：建立入网新气和回收气体台账信息管理；对新气入库、出库和库存进行动态管理，通过登记钢瓶编号、气体来源、生产厂家、气体的入库重量等关键信息，系统则会自动生成独一无二的气体身份编码，用于该气瓶气体全生命周期管理中。

(4)气体查询：通过输入或选择气体编码，可以查看新气入库后具体的气体编号、钢瓶编号、入库日期、生产厂家、入库重量等数据信息，也可修改或删除入库后的未用备用气体信息。

(5)气体操作：用于气体补气操作，首先输入或选择气体编号，可以查看具体的气体气瓶上一次使用后的剩余气量，确认符合使用条件后，选择气体操作，就可以对气体进行操作。

(6)气体操作记录查询：通过查询选择站名，开始日期，结束日期等条件查询历史气体操作记录，包括气瓶编号、使用日期、使用气量、剩余气量、设备名称、操作人、设备补气前后气压等信息。

(7)数据统计分析：关联六氟化硫气体管理台账和六氟化硫电气设备台账等多个台账，适配、关联公司内部管理软件，实现气体全生命周期信息的准确跟踪。

此外，软件设计过程中，根据运行、检修、试验等专业人员的使用习惯，定制了设备及气体数据跟踪统计分析报表，并对气体钢瓶、设备气室进行了统一编码，现场人员通过扫描编码可将数据信息与设备关联。

4 结论

六氟化硫气体全生命周期管理集成系统可以用于变电运行、检修、化学等专业涉及SF6气体的工作中，具有广阔的推广应用前景，能彻底解决台账冗杂无法实时查询、设备SF6气体用量情况无法实时跟踪记录、难以精准计量SF6气体用量等问题，有助于SF6气体使用及归口管理单位准确、直观的掌握SF6气体的使用、回收信息，以便于更加及时、恰当的调整SF6气体仓储供应。

此外，SF6气体全生命周期管理理念的推行可为企业节约巨大的运维成本，对减少环境污染、践行绿色电网发展理念，将起到积极作用。