楊 光, 章海斌, 吳 勝, 劉 鑫, 程慧敏, 吳冬暉

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230009)

0 引言

SF氣體以其優(yōu)異的電氣和理化性能，可以作為良好的絕緣和滅弧介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于SF斷路器、SF互感器、GIS組合電器、氣體絕緣輸電線路(GIL)等高壓電氣設(shè)備中。

然而，SF充氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常由于安裝工藝不過(guò)關(guān)產(chǎn)生漏氣，或氣溫變化導(dǎo)致壓力降低而發(fā)告警、閉鎖信號(hào)，這就需要檢修人員頻繁對(duì)SF充氣設(shè)備進(jìn)行帶電補(bǔ)氣工作。并且由于越來(lái)越多的變電站采用無(wú)人值守的運(yùn)維方式，電氣設(shè)備中的SF壓力降低將更難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

本文研制了一種基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SF自動(dòng)補(bǔ)氣裝置，能可靠反應(yīng)電氣設(shè)備SF氣體壓力變化情況，做到早發(fā)現(xiàn)、早補(bǔ)氣、早提醒。減少了檢修人員頻繁的補(bǔ)氣工作，提高了電氣設(shè)備持續(xù)運(yùn)行的可靠性。該裝置對(duì)變電站內(nèi)所有SF電氣設(shè)備具有普遍的適用性。

1 傳統(tǒng)SF6電氣設(shè)備補(bǔ)氣作業(yè)中存在的問(wèn)題

目前傳統(tǒng)SF電氣設(shè)備人工補(bǔ)氣作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 人工SF6補(bǔ)氣作業(yè)典型工作流程

從圖1中的典型工作流程中可以看出，一旦不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的SF壓力降低情況，將會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致跳閘等事故的發(fā)生。即使運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)了SF壓力降低情況，也需要檢修人員進(jìn)行臨時(shí)性檢修作業(yè)甚至非計(jì)劃停電檢修作業(yè)，增加了檢修人員的作業(yè)強(qiáng)度以及作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

此外，人工補(bǔ)氣過(guò)程中，僅通過(guò)肉眼觀察SF密度繼電器表盤指針變化，來(lái)判斷補(bǔ)氣是否完成。然而由于溫度變化等因素，SF密度繼電器指針并不能精準(zhǔn)指示電氣設(shè)備內(nèi)部真實(shí)壓力情況，因此人工補(bǔ)氣的精度也很難把控。

2 技術(shù)原理

針對(duì)傳統(tǒng)人工SF補(bǔ)氣工作中存在的問(wèn)題，本文研制了一款基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SF在線補(bǔ)氣裝置。裝置由自動(dòng)在線補(bǔ)氣系統(tǒng)及電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成。

2.1 自動(dòng)在線補(bǔ)氣系統(tǒng)

基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SF在線補(bǔ)氣裝置自動(dòng)在線補(bǔ)氣系統(tǒng)如圖2所示，主要由氣瓶、減壓器、內(nèi)置密度繼電器、M1電動(dòng)閥、F1手動(dòng)閥、F2手動(dòng)閥、溫度壓力傳感器、氣管組成。

圖2 外部SF6氣路連接圖

裝置將氣管一端連接到SF高壓設(shè)備上，另一端通過(guò)C1接口連接到裝置本體，裝置本體內(nèi)置兩個(gè)手動(dòng)閥門F1、F2以及一個(gè)電動(dòng)控制閥M1。

手動(dòng)閥門F1控制裝置整個(gè)SF通路的通斷，當(dāng)安裝或拆除補(bǔ)氣裝置時(shí)，可以通過(guò)關(guān)閉手動(dòng)閥門F1來(lái)可靠切斷SF通路。同時(shí)為保證充入SF的純度，裝置可通過(guò)F2手動(dòng)閥來(lái)連接內(nèi)置的真空泵，真空泵可以對(duì)連接管路內(nèi)殘留的空氣進(jìn)行抽真空，進(jìn)一步提高管路內(nèi)SF氣體純度。

裝置正常運(yùn)行時(shí)，P2壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備內(nèi)部SF壓力情況，并結(jié)合T2溫度傳感器將壓力補(bǔ)償至20 ℃時(shí)的密度值

P

，一旦發(fā)現(xiàn)低于所設(shè)定的閾值

P

時(shí)，控制中心控制電磁閥M1打開(kāi)，氣瓶?jī)?nèi)SF氣體就會(huì)通過(guò)連接氣管補(bǔ)氣到SF電氣設(shè)備內(nèi)，當(dāng)SF電氣設(shè)備的氣體密度到達(dá)所要求的設(shè)定密度值

P

時(shí)，就關(guān)閉電磁閥M1，氣瓶?jī)?nèi)SF氣體就停止向電氣設(shè)備補(bǔ)氣。這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SF電氣設(shè)備的自動(dòng)在線補(bǔ)氣，確保SF電氣設(shè)備氣體密度處于安全水平之上。

針對(duì)補(bǔ)氣作業(yè)中液態(tài)SF氣化過(guò)程中溫度降低及結(jié)霜現(xiàn)象，為提高補(bǔ)氣效率，裝置設(shè)計(jì)有加熱帶，當(dāng)氣瓶溫度降低至5 ℃以下時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟加熱功能，提高補(bǔ)氣效率。此外，裝置還配有重量傳感器，當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)剩余重量低于設(shè)定值時(shí)，裝置會(huì)關(guān)閉自動(dòng)補(bǔ)氣功能，并啟動(dòng)報(bào)警功能，提醒工作人員前來(lái)更換氣瓶。

為防止裝置意外斷電而導(dǎo)致控制回路失電，裝置配有鋰電池模塊，能在外接電源斷電情況下，提供不少于24小時(shí)的后備電源。同時(shí)，一旦發(fā)生外接電源斷電，裝置將啟動(dòng)報(bào)警功能，提醒工作人員前來(lái)處理。

2.2 電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SF在線補(bǔ)氣裝置除了滿足本地自動(dòng)補(bǔ)氣功能外，還在此基礎(chǔ)上利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了裝置數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳及控制，其基本原理如圖3所示。

圖3 電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原理圖

控制中心所采集的所有信息，除了提供人機(jī)交互界面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)本地操作外，還將信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)5G(向下兼容)信號(hào)傳輸至獨(dú)立搭建的電力物聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)器，經(jīng)云端服務(wù)器處理后的數(shù)據(jù)信息將推送給手機(jī)或電腦等智能終端進(jìn)行顯示及控制。運(yùn)維人員可以通過(guò)手機(jī)或電腦及時(shí)掌握當(dāng)前SF電氣設(shè)備的密度信息、環(huán)境溫度、補(bǔ)氣次數(shù)、閥門狀態(tài)、氣瓶重量以及各類告警信息等。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SF在線補(bǔ)氣裝置具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

(1)全過(guò)程監(jiān)測(cè)：通過(guò)對(duì)SF氣體密度不間斷、實(shí)時(shí)、全過(guò)程、全面在線監(jiān)測(cè)，電力物聯(lián)網(wǎng)云端服務(wù)器能夠?qū)υO(shè)備SF密度信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，建立設(shè)備密度狀態(tài)變化曲線，準(zhǔn)確判斷SF電氣設(shè)備內(nèi)部氣體密度變化趨勢(shì)，對(duì)漏氣加速現(xiàn)象做到早發(fā)現(xiàn)、早提醒、早解決，為設(shè)備狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)，進(jìn)一步提高變電站內(nèi)智能化運(yùn)維水平。

(2)提高可靠性：實(shí)現(xiàn)了SF電氣設(shè)備在線補(bǔ)氣功能，延長(zhǎng)相應(yīng)SF電氣設(shè)備檢修周期，提高電力系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行能力，滿足電網(wǎng)自動(dòng)化和設(shè)備狀態(tài)檢修需要。對(duì)提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行能力、減少無(wú)計(jì)劃停電檢修起到重要作用，提高電網(wǎng)可靠性。

(3)智慧物聯(lián)：對(duì)無(wú)人值守變電站、邊遠(yuǎn)變電站內(nèi)的電氣設(shè)備，該裝置的使用能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)氣過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制，降低運(yùn)行維護(hù)成本，對(duì)保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

4 總結(jié)

基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SF在線補(bǔ)氣裝置應(yīng)用后將極大提高變電站內(nèi)SF電氣設(shè)備(如GIS)的氣體補(bǔ)氣技術(shù)水平，該裝置有效保證了SF電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行，保證設(shè)備漏氣現(xiàn)象的早發(fā)現(xiàn)、早補(bǔ)氣、早提醒。同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力領(lǐng)域的融合創(chuàng)新與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)、全過(guò)程、全面在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步保障了設(shè)備可靠運(yùn)行。該裝置的使用能夠有效減少檢修人員補(bǔ)氣工作頻率，減少了人員勞動(dòng)強(qiáng)度以及傳統(tǒng)人工補(bǔ)氣作業(yè)中存在的各種風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于因特殊時(shí)段(兩會(huì)、國(guó)慶保電等)不能停電處理的設(shè)備，該裝置的應(yīng)用為其提供堅(jiān)強(qiáng)的氣源供給，確保其在重要時(shí)段安全可靠運(yùn)行。