一种电力SF6气体智能自动补气装置

一种电力SF6气体智能自动补气装置
摘要：SF6气体以其优异的电气和理化性能成为绝缘和灭弧介质，普遍应用在输
变电领域SF6变压器、SF6断路器和GIS装置、SF6互感器等。

本文针对SF6气体
补气作业流程复杂且作业精细难度大的问题，提出研制一种电力SF6气体智能自
动补气装置，分析SF6设备概况及充气作业中存在的具体问题，介绍该装置的结
构设计方案和功能要求，通过应用数据说明该装置在现场工作中提高了充气精度，改善了工艺水平。

关键词：SF6气体；智能化；自动补气装置；设计
随着电力系统的发展，SF6设备被广泛运用，同时伴随的是这些设备在日常维护
当中陆续出现的各种问题。

下面从对现状问题的分析、成果介绍以及应用前景分
析等方面阐述了本项目的具体内容。

本文设计的一种电力SF6气体智能自动补气
装置属于原创性创新产品，在市场上无类似产品。

装置彻底解决了SF6充气设备
带电补气工作效率低、作业过程排放SF6废气导致环境污染等问题，具有较好的
社会效益和经济效益，可在相关行业进行全面推广应用。

1.SF6气体的性质及电气特性
1.1SF6气体的性质
（1）SF6的物理性质：①在常温常压下是无色、无味、无嗅、无毒的不可燃的气体；②分子量大，密度大；③分子结构稳定，分子直径大。

（2）SF6的化学性质：①在一般情况下，不与其他物质起任何化学反应，腐蚀性小；②具有较强的电负性（SF6气体分子或原子吸收自由电子而形成负离子
的特性）。

1.2SF6气体电气特性
（1）电气绝缘性能：①由于电负性强，很容易吸收电子，阻止“电子崩”的
形成②SF6分子直径大，能减弱与电子或SF。

带电质点的碰撞游离；③SF6的正、负离子极易重新组合合成SF6分子。

所以，SF6气体具有绝缘强度高的特点。

采
用SF6作为介质的设备，使几何尺寸大为减小。

（2）灭弧性能：由于SF6气体分子及其在高温时分解成的氟和氟化合物，具
有吸附自由电子而构成负离子的特点，使SF6气体中燃烧的电弧弧压较低，弧径
较细，弧的热惯性较小。

因此，在交流电流过零以后，弧道中的气体很容易由等
离子体恢复成绝缘介质，将电弧熄灭。

所以采用SF6比采用压缩空气能熄灭更大
的电流电弧，也就是开断更大电流的电路SF6断路器的断流容易更大。

经过试验
得知，SF6气体的击穿电压，在相同的气压下，是空气的2.5~3倍；当压力为
0.26MPa时，其击穿强度已和变压器油相当。

如果在SF6气体绝缘设备中有导电杂质的话，由于电极表面绝缘覆盖层的存在，使这些导电杂质的起升场强大为提高。

同时，处于运动状态的导电杂质与导
体碰撞时所得到的电荷也少得多，从而减小了导电杂质引起间隙击穿的可能性。

应当指出，绝缘覆盖层应具有很高的电气和机械强度、很高的耐磨性和耐化学腐
蚀性、良好的附着性和光洁表面，否则，其放电电压比没有绝缘覆盖的电极系统
更低。

粉状环氧树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂混合能满足上述要求。

用静电喷涂的
方法在脱脂的金属表面上制作绝缘层，喷涂后进行干燥即可。

2.当前SF6补气工作的问题分析
SF6补气是检修专业常见的一项工作，传统的充气工作存在以下问题：
2.1接头种类多，选择困难
各个厂家的充气接头没有相关标准，造成对应的充气接头种类繁多），无法
通用。

作业人员每次工作前，都需要根据现场设备气室接头进行选择，由于设备
型号千差万别导致接头种类繁多，找到对应的接头需要耗费一定的时间。

另一方面，充气时需充气接头顶开设备逆止阀，但充气接头并无检查逆止阀关闭情况的
功能，若逆止阀复位失效，拆开充气接头时会造成设备内部气体大量外泄。

2.2气瓶重量大，难以搬运
一个SF6气瓶重量接近100kg，而作业人员搬运气瓶至现场需要过草地、上
楼梯，传统的搬运方式都是通过四人扛抬才能运输到现场。

这种方式不但存在气
瓶重心不稳跌落伤人的安全风险，同时还需要大量劳动力。

2.3排放气体，污染环境
工作前需要使用新气对管道进行经验性充洗，以确保管道干燥、无杂质，为
了保证管道气体的纯度往往需要更长的时间排气，将造成SF6气体大量排放到大
气中。

虽然SF6气体是一种无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体，但它同时也是
联合国定性的六种温室气体之一，直接排放至大气必定会造成污染。

2.4控制精度低，不方便操作
运维人员需要长时间在现场根据密度表压力值进行人工充补气，不但效率低，而且由于人工读表数精度不足，还会造成补气压力精准度不高。

其次，在充气过
程中，由于气化过程需吸收热量，如果充气过快，来不及吸收热量就会使得液体SF6流入设备内部，造成充入气室内的SF6压力过高，因此作业人员只能严格控
制充气精度缓慢对设备充气，防止管道冷凝。

3.一种电力SF6气体智能自动补气装置的设计与应用
针对以上问题，研制了一种电力SF6气体智能自动补气装置（图1），现分
模块对其具体功能进行阐述。

图1 电力SF6气体智能自动补气装置
3.1智能充气装置
（1）采用PLC集成电路控制，采集两侧气体压力，通过电子阀门进行智能控
制充气，只要在触摸屏中设置好目标压力值，就能轻松进行智能化一键式操作，
到达目标压力值后，系统自动关闭电子阀门，充气工作结束，从而实现精准补气；（2）装置加装了加热装置，补充气化过程所需热量，保证气化充分，不但提高
了充气效率，还保证了充气的精准性要求；（3）装置安装在三轮式小车上，辅
助有推、拉把手，便于搬运气瓶，不但可以提高效率，而且安全可靠；（4）增
加SF6气瓶称重装置，对比充气前后的重量，就可以获取设备的充气量，配合软
件就可以进行新气气瓶及设备泄漏量信息化管理。

3.2小型回收装置
（1）传统的回收装置重量接近1t，十分笨重。

针对回收气体后不再进行回充的特点，我们去掉了净化功能，使得整体装置小型化；（2）配备小型气瓶对充
气管道的气体进行储存，能够有效地防治SF6气体排放到大气中造成污染，同时
起到回收管道气体的作用，并可实现再生利用，绿色环保；（3）增加触摸屏系统，采用智能化一键式操作，轻松实现管道气体回收，不但保证了人员安全，还
绿色环保。

3.3通用控制接头
（1）可根据充气设备的型号与配备的各种设备接头进行连接，保证其通用性；
（2）外部旋钮采用穿芯式设计，可以直接控制设备充气接头逆止阀通断；（3）
进行充气时，通过旋钮打开逆止阀，管道与设备气室连通，保障气体进入设备；（4）充气结束，通过旋钮关闭逆止阀后回收气体，观察压力表变化就可以判断
逆止阀是否关闭良好，安全可靠。

3.4SF6管理软件
（1）部署于云端，使用便捷，不需要专用服务器，维护成本低。

（2）新气
瓶在使用前需统一进行资料记录后贴上二维码，运维人员通过手机APP扫描即可
进入一体化台账，记录进行补气的设备名称、补气量和时间等信息，形成SF6气
体的大数据，实现SF6气瓶的全生命周期管理。

（3）SF6气体智能跟踪管理软件，可对何种设备漏气较多、运行时间对设备泄漏影响、泄漏量预测等数据进行统计
分析，实现信息化管理，为后续运维策略综合化管理提供依据，实现SF6气体精
益化管理。

通过管理软件数据分析，针对各个补气设备制定针对性运维策略，有效提升
了运维工作质量，预计每年可节省SF6气体消耗量2%。

同时，为SF6气体的全生命周期管理等提供了信息化平台。

结论
随着SF6设备的广泛使用，对SF6设备的维护工作量不断增大，同时依据状
态检修的要求对维护的工艺质量也不断增高。

SF6设备全自动补气装置提供了一
种高精度、可控的、标准化、防误操作、防漏操作的SF6补气方式，为保障电力
行业SF6设备的安全稳定运行提供有力支持，该设备已经在我公司检修试验、大
修技改、缺陷处理、事故抢修等工作中推广使用。

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