智能补气装置组成及补气方法设计

国网浙江省电力有限公司检修分公司 肖驰夫 周忠武 孙 俐

为保障开关的性能不被减弱，需对SF6开关进行补气。在传统补气方法中，会将SF6气体从高压气体瓶内通过减压阀释放出来，并通过橡胶管连接到开关的补气孔处进行补气。如补气前气路清洗不彻底，会导致在补气过程中杂质随着气体的流动被带进开关设备中，还会夹杂着空气中的水分。再加上SF6密度继电器的缺气程度只能依靠经验进行猜测、或按照高压设备上的总值和使用值进行粗略计算，无论哪种方式对补气值的预估都不准确，这就要求补气工人拥有较高的技术水平并全程多人配合补气，手动操作补气的效率低下，使补气成为耗时耗力的工程。SF6设备补气缺少可智能定量的方式，人工补气太过依赖经验和计算，无法精准地控制补气速度，导致速度过快气室内颗粒漂浮，造成补气的安全隐患。

智能补气装置的补气可弥补人工补气无法匀速定量补气的缺陷，并保障补气过程中的安全性。SF6设备气室处于不同的变电站，基础压力也不同，因此需使用数学模型进行不同条件的数值计算。通过对历史补气数据的分析来预测下一次的补气时间和补气量，预判SF6电气设备漏气趋势，为专业提供诊断依据、及时消除设备隐患。智能充气还可避免人为操作失误，减少安全事故的发生，降低工作人员的工作量。

1 智能补气装置的组成

智能补气装置由7个主要部分组成，SF6补气气瓶与瓶口安装补气减压阀，气路控制模块分为一模块和二模块、负责不同的气路控制。SF6开关设备连接负责气体回收的装置，所有装置都连接在智能补气装置的主机上，并由工作人员通过远程操作进行设备补气。补气气瓶中存放着SF6气体，SF6开关设备补气需依靠气压差，但气压差需慢慢释放，因此在补气瓶的瓶口安装减压阀，可调节气压差符合补气的标准。补气装置主机中的压力传感器是用来界定减压阀的减压标准，并可显示充气装置的剩余电量及电池状态[1]。可通过主机对电池进行管理，检测补气状态下补气装置的温度，对识别的补气流量进行控制。主机设备还包括电磁阀和MCU控制模块，主机的控制结果在显示器上显示交互处理结果。

如图1所示，主机的控制器与智能补气的气路输入口连接，控制流量的装置与补气气瓶相连接，电磁阀连接流量控制器的另一个接头。电磁阀与减压阀相连，以上的装置都与感应压力差的传感器连接。气路接口与补气主机连接，压力传感器感应充气中的压力变化[2]，智能装置中可输入压力变化的历史数据。将传感器感受的压力与历史压力标准值进行比较，一旦发现传感器中的压力值不符合标准控制模块就会调节补气管中的压力，控制模块与流量控制器相互配合使补气气瓶中的压力值达到均衡的状态。显示中会显示气压调节的全过程以便专业补气人员监督整个补气的过程，装置补气可对补气过程中产生的数据进行采集和储存，并将多余的数据进行删除处理。系统的供电装置与补气装置是一体的，充电模块负责整个装置的充电管理，包括监测电池的整体状态，检测剩余电量和备用电池的切换。在充气的内部安装温度检测装置，用于检测装置工作时的温度变化。设备充气对环境温度有一定的要求，当温度不符合充气的条件的时应及时进行处理[3]。控制模块收集的数据都会在显示屏幕上显示出来，包括气体的浓度、补气的速度、环境的温度和压强等。

图1 补气装置结构图

2 智能补气装置补气方法

2.1 智能补气装置的气路清洗

首先要按照上述安装顺序将智能补气装置进行组装，连接补气气瓶和减压阀，并将回收装置与两个气路进行连接，将连接好的装置连接在装置的主机上完成装置的组装，并在远程操作台上启动装置，检查装置的安装有无问题，能否正常使用[4]。直接在主机上启动初始化检查功能自动检查装置情况，在进行补气前清除上一次补气数据，进行数据初始化设置。装置初始化后历史数据不会被清除而是被保存在数据库中，初始化数据只是为了记录时更加准确。新的记录数据会显示在交互界面上，数据会在后台服务器中进行处理并传输到无线规约转换器和服务器中。将相应的参数输入到服务器的控制模块中，包括压力值、充气间隔和气路速度，参数会在交互界面上显示。根据参数的设定范围控制模块调节气体流速，减压阀自动开始降压。电磁阀动作在系统初始化后由控制模块进行控制，实现气路的清洗，正向气路清洗在清洗前控制模块将电磁阀的阀门打开，并开启智能补气装置的气体回收装置，流量控制器受SF6主机控制开始工作。

2.2 减压阀控制气路流量实现智能补气

在实现气路清洗后控制模块控制减压阀开启，补气瓶会随着减压阀的控制开始补充气体，减压阀按照设定的压力进行调节，在压力的变化下实现流量的调节。气体从补气瓶中通过减压阀进入补气管，并通过两道通电磁阀进入主机，根据压力传感器的感应压力的变化，在通过另一边的两道通电磁阀进入高压开关气室，在气室中通过浓度传感器感应补气的浓度是否达到补气的标准，当补气量达到设备可继续运行的标准时，会识别设备的状态适时停止补气，电磁阀自动关闭并自动收集补气的信息[5]，包括当前的补气量、补气耗费时间、补气压力和环境压力等。数据进行采集和计算完毕后存储到数据库中。气室模型会根据历史信息对此次补气拟合度进行判断，依据设备的状态对下一次补气时间和补气量预判，电机通过转动使补气装置中的滑块运动，丝杠转动成为滑块运动的助力，最终实现气体在气体回收装置中移动，浓度传感器由此感应气体的浓度。SF6气体属高密度气体，在进行浓度检测时自主流动速度很慢、需装置带动，使检测数值更加准确。

2.3 实例分析

某公司拥有2000台SF6设备，全年需进行大约200次补气操作，且随着设备老化程度加剧补气的次数越来越多。受设备老化影响气体的密封件老化，SF6气体在密封效果差的情况下出现泄漏情况。再加上公司所处地理位置的气候环境影响，提升了气体泄漏情况的发生概率。而设备内气体减少或导致绝缘能力下降，且气体补充不及时会造成严重安全隐患，造成设备损坏甚至爆炸。因此当设备内气体装置的值低于充气标准值时要及时进行设备充气。

该公司预计明年增加300台SF6设备，将带来充气作业工作量的增加，如采用人工操作方式进行设备充气，需1人操作气体阀门控制气体流速、1人观测设备内部气体压强、1人负责监督作业及维护作业安全。使用本文方法作业时环境湿度不能小于75%。首先将软管进行定时定量冲洗，既保证了清洗效果也避免了没必要的环境污染，自动补气保障了补气精准性。本文方法、文献[4]方法、文献[5]方法的补气时间、作业人数、操作次数分别为25min/1/1，75min/3/2，55min/2/3，由此可知本文设计智能补气方法可实现1人操作、耗时25min、一次完成补气，节省了该公司的人力资源、补气时间，提升了设备的补气效率。