基于电力物联网技术的SF6自动补气装置

杨 光, 章海斌, 吴 胜, 刘 鑫, 程慧敏, 吴冬晖

(国网安徽省电力有限公司超高压分公司, 安徽 合肥 230009)

0 引言

SF气体以其优异的电气和理化性能，可以作为良好的绝缘和灭弧介质，广泛应用于SF断路器、SF互感器、GIS组合电器、气体绝缘输电线路(GIL)等高压电气设备中。

然而，SF充气设备运行过程中经常由于安装工艺不过关产生漏气，或气温变化导致压力降低而发告警、闭锁信号，这就需要检修人员频繁对SF充气设备进行带电补气工作。并且由于越来越多的变电站采用无人值守的运维方式，电气设备中的SF压力降低将更难被及时发现。

本文研制了一种基于电力物联网技术的SF自动补气装置，能可靠反应电气设备SF气体压力变化情况，做到早发现、早补气、早提醒。减少了检修人员频繁的补气工作，提高了电气设备持续运行的可靠性。该装置对变电站内所有SF电气设备具有普遍的适用性。

1 传统SF6电气设备补气作业中存在的问题

目前传统SF电气设备人工补气作业流程如图1所示。

图1 人工SF6补气作业典型工作流程

从图1中的典型工作流程中可以看出，一旦不能及时发现电气设备的SF压力降低情况，将会严重影响设备安全稳定运行，甚至会导致跳闸等事故的发生。即使运维人员及时发现了SF压力降低情况，也需要检修人员进行临时性检修作业甚至非计划停电检修作业，增加了检修人员的作业强度以及作业风险，同时给电网运行带来风险。

此外，人工补气过程中，仅通过肉眼观察SF密度继电器表盘指针变化，来判断补气是否完成。然而由于温度变化等因素，SF密度继电器指针并不能精准指示电气设备内部真实压力情况，因此人工补气的精度也很难把控。

2 技术原理

针对传统人工SF补气工作中存在的问题，本文研制了一款基于电力物联网技术的SF在线补气装置。装置由自动在线补气系统及电力物联网系统组成。

2.1 自动在线补气系统

基于电力物联网技术的SF在线补气装置自动在线补气系统如图2所示，主要由气瓶、减压器、内置密度继电器、M1电动阀、F1手动阀、F2手动阀、温度压力传感器、气管组成。

图2 外部SF6气路连接图

装置将气管一端连接到SF高压设备上，另一端通过C1接口连接到装置本体，装置本体内置两个手动阀门F1、F2以及一个电动控制阀M1。

手动阀门F1控制装置整个SF通路的通断，当安装或拆除补气装置时，可以通过关闭手动阀门F1来可靠切断SF通路。同时为保证充入SF的纯度，装置可通过F2手动阀来连接内置的真空泵，真空泵可以对连接管路内残留的空气进行抽真空，进一步提高管路内SF气体纯度。

装置正常运行时，P2压力传感器实时监测电气设备内部SF压力情况，并结合T2温度传感器将压力补偿至20 ℃时的密度值

P

，一旦发现低于所设定的阈值

P

时，控制中心控制电磁阀M1打开，气瓶内SF气体就会通过连接气管补气到SF电气设备内，当SF电气设备的气体密度到达所要求的设定密度值

P

时，就关闭电磁阀M1，气瓶内SF气体就停止向电气设备补气。这样就可以实现对SF电气设备的自动在线补气，确保SF电气设备气体密度处于安全水平之上。

针对补气作业中液态SF气化过程中温度降低及结霜现象，为提高补气效率，装置设计有加热带，当气瓶温度降低至5 ℃以下时，自动开启加热功能，提高补气效率。此外，装置还配有重量传感器，当气瓶内剩余重量低于设定值时，装置会关闭自动补气功能，并启动报警功能，提醒工作人员前来更换气瓶。

为防止装置意外断电而导致控制回路失电，装置配有锂电池模块，能在外接电源断电情况下，提供不少于24小时的后备电源。同时，一旦发生外接电源断电，装置将启动报警功能，提醒工作人员前来处理。

2.2 电力物联网系统

基于电力物联网技术的SF在线补气装置除了满足本地自动补气功能外，还在此基础上利用物联网技术在电力领域的应用，实现了装置数据的远传及控制，其基本原理如图3所示。

图3 电力物联网系统原理图

控制中心所采集的所有信息，除了提供人机交互界面进行现场本地操作外，还将信号进行处理，通过5G(向下兼容)信号传输至独立搭建的电力物联网云端服务器，经云端服务器处理后的数据信息将推送给手机或电脑等智能终端进行显示及控制。运维人员可以通过手机或电脑及时掌握当前SF电气设备的密度信息、环境温度、补气次数、阀门状态、气瓶重量以及各类告警信息等。

3 创新点

基于电力物联网技术的SF在线补气装置具有以下创新点：

(1)全过程监测：通过对SF气体密度不间断、实时、全过程、全面在线监测，电力物联网云端服务器能够对设备SF密度信息进行大数据分析，建立设备密度状态变化曲线，准确判断SF电气设备内部气体密度变化趋势，对漏气加速现象做到早发现、早提醒、早解决，为设备状态检修标准提供依据，进一步提高变电站内智能化运维水平。

(2)提高可靠性：实现了SF电气设备在线补气功能，延长相应SF电气设备检修周期，提高电力系统连续可靠运行能力，满足电网自动化和设备状态检修需要。对提高电力系统安全运行能力、减少无计划停电检修起到重要作用，提高电网可靠性。

(3)智慧物联：对无人值守变电站、边远变电站内的电气设备，该装置的使用能够实现补气过程的远程监测及控制，降低运行维护成本，对保证设备安全、稳定运行具有重要意义。

4 总结

基于电力物联网技术的SF在线补气装置应用后将极大提高变电站内SF电气设备(如GIS)的气体补气技术水平，该装置有效保证了SF电气设备安全可靠运行，保证设备漏气现象的早发现、早补气、早提醒。同时利用物联网技术在电力领域的融合创新与应用，实现了电气设备状态的实时、全过程、全面在线监测，进一步保障了设备可靠运行。该装置的使用能够有效减少检修人员补气工作频率，减少了人员劳动强度以及传统人工补气作业中存在的各种风险点。同时，对于因特殊时段(两会、国庆保电等)不能停电处理的设备，该装置的应用为其提供坚强的气源供给，确保其在重要时段安全可靠运行。