六氟化硫智能自动充气装置的设计和应用

国网安徽省电力有限公司亳州供电公司 国伟辉 荆林远 张 奥

在电力工程的生产制造活动中，因为六氟化硫本身具有无色、无味、无毒、稳定等的特点，因此它可以作为一种常见的灭弧绝缘层材料，可以被广泛用作高压电气设备中，特别是在110kV 及以上的六氟化硫隔离断路器和组合式的电器（GIS）中。但是由于目前的生产加工工艺上的限制的原因，运行中的六氟化硫断路器和组合电器经常出现六氟化硫蒸气泄漏这样的情况，导致电力运维人员经常需要为相关的电气设备进行六氟化硫气体的补充，但是因为补充气体的过程本身非常繁琐，所以需要大量的人力。因此本次研究开发的新型智能六氟化硫自动充气设备，不仅可以提高六氟化硫泵送的效果和精度，而且在充气工作中节省了成本，提高了维修和生产工艺的质量，同时在互联网技术的支持下，多维度全方位的系统设备监控模块也对安全生产起到了关键作用。

1 传统的六氟化硫充气技术

在电气设备中，必须使得不同电气机械设备中使用的不同器材之间完成绝缘隔离，防止出现安全问题和设备故障。而六氟化硫气体具有良好的气体化学稳定性和耐热性，在相对高温下稳定性良好，因此具有优良的电气设备绝缘性能和优良的灭弧特性，常常被用于断路器、空气封闭式组成电容器、高压传输电缆、电压互感器等电气设备[1]。为了更好地完成使用六氟化硫气体制造电气设备的绝缘层，需要对使用六氟化硫气体的设备进行充气。目前六氟化硫充气技术主要以人工操作为主，充气的速度由压力阀控制，操作人员通过仔细倾听气体输送管道中的流动充气的声音来控制充气速度。同时，充气时工作人员还需要注意两个气压表的读数。而且在整个加气过程中，需要轻击充气设备和设备的气压计，因为气压计可能会被卡住而导致气压读数不准确。当充气完成的时候，充气设备完全由人工进行操作停止，这样的气体压力控制的精度并不高，可能会出现充气不足或过多的情况。同时，现有的主要智能充气设备都是基于一整套完整的充气气压自动控制系统来完成充气回路的控制的，这样的设备通常非常庞大而线路复杂，一旦出现故障，不仅会影响充气过程的进度，而且修缮也十分麻烦[2]。

2 当前六氟化硫充气系统存在的问题

现阶段的六氟化硫充气系统设备主要存在以下问题：首先，现阶段的六氟化硫充气系统设备一般需要手动操作设备电源开关，使用控制系统的智能充气设备必须按照线路进行操作，因此在这样复杂的工作环境中，连接充气控制系统的一整条线路会使得充气设备和需要充气的设备的摆放位置受到限制，可能会影响到设备的运行，而且如果现场的线路太多，而操作人员的活动空间太小的话，人员很容易在是在在行走时出现安全风险。

第二，六氟化硫气体充气设备必须使用充气的管道进行充气，而充气管道的回收都是靠人力来进行的，这样比较不方便，而且效率非常低，浪费了不必要的人力。

第三，在充气的过程中，有一个非常重要的点需要控制，也就是六氟化硫气体的含水量。充气过程中六氟化硫气体的含水量会影响到管路的干燥程度，当管路中达到一定的湿度，会使得电气设备中的六氟化硫气体失去一定的绝缘能力，从而造成设备的损坏，严重的可能会影响到操作人员的人身安全。

第四，在对整个充气设备进行操作管理的时候，在传统的充气操作过程中，操作人员需要不断注意两个气压表的读数，在整个加气过程中，需要轻击充气设备和设备的气压计，防止各种原因导致的气压读数不准确。而且六氟化硫的设备气压的需要可能会随着对电气设备的性能要求的变化而变化，如果没有进行多方位的充气运营管理，及时满足到六氟化硫充气调节的需求，很可能会造成一定的安全风险[3]。

3 六氟化硫智能自动充气装置的设计技术原理

设计技术原理如下：

①通过联合六氟化硫温度传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器以及事先设定好的六氟化硫气体密度进行目标的六氟化硫充气压力的运算，和压力传感器联合进行气压设备的识别的调节控制。

②六氟化硫的含水量作为一个控制重点，需要单独设置一个模块进行六氟化硫含水率的运算，通过露点传感器进行探测和运算，反馈到环境湿度传感器中。

③不同的传感器（压力传感器、真空度传感器、真空泵传感器）不断运算反馈充气管道的实时状态，并显示在专门的模块中。

④通过不同传感器的反馈结果进行相关设备的压力、流量和阀门开闭的调节，最终将结果运用在目标充气设备上。

⑤通过运用互联网技术，联合多方如数据服务器和运检管理中心等反馈给充气操作员以当下充气设备操作的调节建议，操作员再结合显示模块的充气运行情况等进行具体的调节。运检管理中心等由专门的主管领导、专家和调度员组成。

⑥全自动绕线是以旋转线圈和发条自动储能技术的形式进行。充气过程所使用的管线在不使用时，可以缠绕在专门的线圈转盘上，在需要使用的时候再拉出来。同时，发条受到拉动的时候可以储存一定的能量，方便下次的收拉操作。

⑦利用专门的收纳外壳来制作充气管线收纳的箱包，这样的外壳通过专门的设计方案进行设计制作，可以很好地存放电气设备所要使用的充气管线，防止出现潮湿漏水等的情况发生。

⑧自动绕线装置可以封装在一个可以灵活开合的储存袋中，将平时不用于实际充气操作的部分管线隐藏在储存袋的内部，简化了外界实际充气操作的收放管线的过程。

4 六氟化硫智能自动充气装置的具体设计

图1 六氟化硫智能充气装置

4.1 装置运行的流程编号说明

10-进气接口、11-电磁阀、12-压力检测器、13-压力调节阀、14-电磁阀、15-真空泵、16-回收袋、17-电磁阀、18-露点检测器、19-电磁阀、20-流量调节阀、21-压力检测器、22-电磁阀、30-充气接口、（201A—201G）-管道。

4.2 六氟化硫智能自动充气装置的运行原理及顺序

六氟化硫智能自动充气装置的模块设置更加简洁明了，整个充气操作过程更加完善合理，避免了很多不必要的隐患的同时，使得充气的操作和调整更加高效。

4.2.1 程序一：管道环境初始化

打开13、20使201A201B201C201D201F 这些管道连通，通过12和21判断管路内压力，如果大于0.1MPa，打开17通过201G 管道将气体释放至16中。

4.2.2 程序二：管道干燥预处理

接程序一，直至12或21检测压力数据≤0.1 MPa，关闭17切断201G 和16，再打开14使201E 与201A201B201C201D201F 管道连通，启动15对这些管道进行抽真空，目的是抽除管道内空气，并加速微量水分蒸发，促使管道内无气体及达到干燥环境，达到目标干燥度后，关闭14、13、20。

4.2.3 程序三：源气体准备

接程序二，10与源气体连接，30与六氟化硫电器设备连接。打开11，通过12检测源气体压力与目标设定充气压力比对，如果12检测数据小于等于目标设定充气压力，则关闭11并通知操作员更换气源。如果12检测数据大于目标设定充气压力，则打开并调节13至目标设定充气压力，再打开19使气体经18检测其露点（气体含水量），此时排放的气体经201G 进入16。

4.2.4 程序四：正式充气

接程序三，当18检测数据小于等于目标设定露点值时关闭19，再打开20和22将气体输送至六氟化硫电器设备中。当21检测压力到达目标设定压力值90%时，调节20逐步减小流量，直至21等于目标设定压力值后关闭22、11。

4.2.5 程序五：停机

接程序四，打开17使气体经201G 进入16直至12和21小于等于0.1MPa 后，关闭13和20，并通知操作员整个充气工作结束。

5 六氟化硫智能自动充气装置的控制原理

5.1 控制原理大致过程

图2 控制原理图

5.2 六氟化硫智能自动充气装置的创新点

5.2.1 模块设置合理全面

新型的六氟化硫智能自动充气装置在充气方面设置了专门的充气压力运算模块从而控制六氟化硫的充气过程，考虑到了事先设定的六氟化硫密度，通过多个传感器进行数据传输，保证了对充气压力的全面控制。通过联合六氟化硫温度传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器以及事先设定好的六氟化硫气体密度进行目标的六氟化硫充气压力的运算，和压力传感器联合进行气压设备的识别的调节控制。六氟化硫的含水量单独设置一个模块进行六氟化硫含水率的运算，通过露点传感器进行探测和运算，反馈到环境湿度传感器中。不同的传感器不断运算反馈充气管道的实时状态，并显示在专门的模块中。最后，通过不同传感器的反馈结果，联合逻辑运算和不同的调节控制器进行最终充气设备的调节，这样的调节更加合理和有效[4]。在传统的充气设备中，操作员只是根据倾听充气管道的气体流动的声音显然是不足的。

5.2.2 综合考虑气体湿度的重要影响

同时，本充气设备还考虑到了气体湿度的影响这一重点，分环境湿度传感和管路干燥检测两方面进行控制，更加全面。

5.2.3 设置了互联网通讯模块

六氟化硫智能自动充气装置还设置了一个非常重要的模块，也就是互联网通讯模块，该模块是用来反馈给充气设备操作员。在过去，操作员只能通过现场观察和经验分析来完成对充气设备的调节和控制，这样控制的精度很差。而在六氟化硫智能自动充气装置中，操作员可以联合显示模块的内容，GPS 的精准定位信息和互联网通讯模块内容进行设备的调节控制管理。互联网联合了数据服务器和运检管理中心等几方的信息反馈，最终可以监测充气设备的具体运营情况，并且可以在及时发现相关问题之后，马上反馈到互联网模块中呈现给操作员，以便操作员及时迅速地进行调节操作[5]。

5.2.4 充气过程更加智能自动化

在过去在充气过程中通常会使用大量的人力，因为充气所要考虑的事情非常繁琐。因此在本设备中使用了互联网技术，通过互联网通讯模块传输的监控信息，操作员再进行相应的操作。而且本设备还可以自动进行初始化管道环境调节，干燥预处理，在充气过程中自动监测露点和压力值，最后还可以自动关机。这样的智能自动化设备减少了操作人员的工作量，也使得整个充气调节过程的精度更高。

5.2.5 自动回收充气管线部分

可以使充气所使用的管线在不使用时折叠成线盘，相应的充气管道线会因作用力而被收紧而不是散落，在使用的时候，相应的管线可以轻松拉出来。

综上，六氟化硫智能自动充气装置本身比起传统的充气操作和设备更加方便快捷，而且对于整个充气过程的质量把控程度更高，监测系统更加完善，同时随着时代的不断发展，在充气领域应用互联网技术是大的趋势，而本装置就很好地利用了互联网技术，实现了充气过程的监控。因此本装置可以应用在更多的电气设备充气领域，方便电气设备的充电过程。