CN106015924A - Sf6设备多功能全自动充补气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SF6设备多功能全自动充补气装置，涉及用于装填压缩气体的装置技术领域。所述装置包括SF6气瓶和电控箱，所述电控箱包括箱体，所述箱体上设有进气口和出气口，SF6气瓶的出气口与所述箱体上的进气口连接，所述箱体上的进气口通过管路与所述箱体上的出气口连接，所述箱体内还设有电控板，所述电控板包括微处理器、气瓶侧温度压强传感模块、设备侧温度压强传感模块、比例电磁阀、环境信息传感模块、人机交互模块、提示模块和电源模块。所述装置可自动的完成SF6设备的自动充补气，提高了工作效率，且充补气可控、精度高。

Description

SF6设备多功能全自动充补气装置
技术领域
本发明涉及用于装填压缩气体的装置技术领域，尤其涉及一种SF6设备多功能全自动充补气装置。
背景技术
电力系统中运行的SF6设备越来越多，给SF6设备充补气是变电检修工作中常见工作之一。根据国网河北省电力公司统计，2009年至2012年每年平均补气300余次，且呈现逐年增长趋势，如表1所示。
表1 2009-2012年补气次数统计表
年份 2009 2010 2011 2012
平均补气次数 278 293 322 353
目前，该作业需要三人进行，一人操作SF6气瓶，一人观测气体压强，一人监护。
采用人工操作，在作业过程中容易出现以下问题：
1.水分侵入
在进行充补气作业时，要求环境湿度小于80％且提前冲洗软管并将管路密封良好。在这些环节中，由于人为和环境等原因会造成管路密封不严，软管冲洗时间不充分，环境湿度较大等情况出现，造成潮气进入，对设备安全运行构成潜在危害。
2.管路冻结
因压力差变化等原因，工作人员很难控制充气流量大小，充气流量过大，会导致SF6气体短时吸收大量热而使管路骤冷结冰、开裂，使管路中SF6气体进入大气，不仅浪费原料更重要的是污染环境。而充气流量过慢虽可防止此现象，但会大大延长工作时间。
3.反复充放气
因为观测气体压强和操作气瓶为两个人，在两个人配合过程中存在一定的延迟，这个延迟将会导致充气精度难控制。当首次充气量低于预定值时，需人员配合再次补气；而超过预定值，还要放出来，造成环境污染，如果放多了还要继续补。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SF6设备多功能全自动充补气装置，所述装置可自动的完成SF6设备的自动充补气，提高了工作效率，且充补气可控、精度高。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：包括SF6气瓶和电控箱，所述电控箱包括箱体，所述箱体上设有进气口和出气口，SF6气瓶的出气口与所述箱体上的进气口连接，所述箱体上的进气口通过管路与所述箱体上的出气口连接，所述箱体内还设有电控板，所述电控板包括微处理器、气瓶侧温度压强传感模块、设备侧温度压强传感模块、比例电磁阀、环境信息传感模块、人机交互模块、提示模块和电源模块；所述电磁阀位于所述箱体内的管路上，与微处理器的控制输出端连接，将所述箱体内的管路分为气瓶侧和设备侧两部分；所述气瓶侧温度压强传感模块位于所述气瓶侧的管路内，与微处理器的信号输入端连接，用于检测气瓶侧管路内的温度和压力信息；所述设备侧温度压强传感模块位于所述设备侧的管路内，与微处理器的信号输入端连接，用于检测设备侧管路内的温度和压力信息；所述环境信息传感器位于所述箱体内，与所述微处理器的信号输入端连接，用于检测所述箱体内的环境信息；所述人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入和显示数据；所述提示模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在微处理器的控制下输出提示信号；电源模块与所述电控板上需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；微处理器根据气瓶侧温度压强传感模块、设备侧温度压强传感模块以及环境信息传感模块检测的信信息控制电磁阀以及提示模块动作。
进一步的技术方案在于：所述气瓶侧温度压强传感模块包括气瓶侧温度传感器和气瓶侧压强传感器；所述设备侧温度压强传感模块包括设备侧温度传感器和设备侧压强传感器；所述环境信息传感模块包括SF6气体传感器以及环境温湿度传感器。
进一步的技术方案在于：所述电控板还包括遥控接收模块和遥控器，所述遥控接收模块与所述微处理器的信号输入端连接，用于接收遥控器发出的遥控信号。
进一步的技术方案在于：所述提示模块包括语音板和指示灯。
进一步的技术方案在于：所述SF6气瓶出气口的管路上设有调压阀，所述箱体的进气口和出气口上设有快装接头。
进一步的技术方案在于：所述人机交互模块使用触摸屏，所述箱体内气瓶侧和设备侧的管理上设有缓冲气瓶。
进一步的技术方案在于：在进行自动充补气的过程中，当所述SF6气体传感器、环境温湿度传感器对连接管路和工作区域的环境进行监测，且微处理判断环境中的SF6气体和/或温湿度不合格时，微处理器控制提示模块发出声光提示，并关闭比例电磁阀，停止充补气工作。
进一步的技术方案在于：微处理器设定启动充补气压差点为P瓶-P设＝0.7MPa，停止充气温度点T瓶为低于-28℃。
进一步的技术方案在于：所述补气装置使用前，对于不同型号的SF6设备，当设备处于正常额定压力时，使用所述装置内的压强传感器进行若干次测量，并以SF6设备内密度继电器的值为准，密度继电器的值与压强传感器测量的值做差得出修正值，然后导入数据库，当所述补气装置使用时，所述微处理器使用修正后的压力值进行控制。
进一步的技术方案在于：气瓶侧压强传感器与设备侧压强传感器每个0.1秒采集一次数据进行作差，当设备侧压强传感器与设定好的目标值相等时，微控制器立即控制所述电磁阀关闭，停止充补气，并发出声光提示。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1)作业流程程序化，操作步骤自监督：严格依据相关技术导则编写操作程序植入微处理器，编辑人机对话界面，并借助语音、文字提示，以及管路连接检测并结合湿度传感器取样、高密封性接头的使用，有效防止误操作、漏操作、不规范操作以及水分侵入。2)充气流量可控化，进气通道自调节：在充补气时利用压强传感器和温度传感器，实现气瓶侧与设备侧压强差和温度的检测，并传送到微控制器中。根据压强差和温度变化来控制比例电磁阀的开度，即压强差越大、温度越低开口越小，从而降低流量，防止补气管结冰甚至爆裂泄漏。3)充气精度高，补气达标自分断：充补气过程中，对设备侧压强进行实时监测，当达到额定压力值时，自动关闭进气通道，停止充气，实现充补气的快速断开，避免发生过充或欠充。
附图说明
图1是本发明所述补气装置的原理框图；
图2是本发明所述装置中电控板的原理框图；
图3是SF6气体特性曲线图；
图4是本发明所述装置的执行流程图；
图5是本发明环境检测的流程图；
图6是本发明精度控制的流程图；
其中：1、SF6气瓶 2、电控箱 3、进气口 4、出气口 5、电控板 6、气瓶侧温度压强传感模块 7、设备侧温度压强传感模块 8、比例电磁阀 9、调压阀 10、快装接头 11、缓冲气瓶 12、SF6设备。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-2所示，总体的，本发明公开了一种SF6设备多功能全自动充补气装置，包括SF6气瓶1和电控箱2，所述电控箱包括箱体，所述箱体上设有进气口3和出气口4。SF6气瓶1的出气口与所述箱体上的进气口连接，所述箱体上的进气口通过管路与所述箱体上的出气口连接。所述箱体内还设有电控板5，所述电控板5包括微处理器、气瓶侧温度压强传感模块6、设备侧温度压强传感模块7、比例电磁阀8、环境信息传感模块、人机交互模块、提示模块、电源模块、遥控接收模块和遥控器。所述电磁阀位于所述箱体内的管路上，与微处理器的控制输出端连接，将所述箱体内的管路分为气瓶侧和设备侧两部分；优选的，所述SF6气瓶出气口的管路上设有调压阀9，所述箱体的进气口和出气口上设有快装接头10，所述箱体内气瓶侧和设备侧的管理上设有缓冲气瓶11，用于缓冲SF6气体。
所述气瓶侧温度压强传感模块6位于所述气瓶侧的管路内，与微处理器的信号输入端连接，用于检测气瓶侧管路内的温度和压力信息；所述设备侧温度压强传感模块7位于所述设备侧的管路内，与微处理器的信号输入端连接，用于检测设备侧管路内的温度和压力信息；优选的，所述气瓶侧温度压强传感模块6包括气瓶侧温度传感器和气瓶侧压强传感器；所述设备侧温度压强传感模块7包括设备侧温度传感器和设备侧压强传感器；所述环境信息传感模块包括SF6气体传感器以及环境温湿度传感器。
所述环境信息传感器位于所述箱体内，与所述微处理器的信号输入端连接，用于检测所述箱体内的环境信息；所述人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入和显示数据，优选的，所述人机交互模块使用触摸屏；所述提示模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在微处理器的控制下输出提示信号，优选的，所述提示模块包括语音板和指示灯；电源模块与所述电控板上需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述遥控接收模块与所述微处理器的信号输入端连接，用于接收遥控器发出的遥控信号；微处理器根据气瓶侧温度压强传感模块、设备侧温度压强传感模块以及环境信息传感模块检测的信信息控制电磁阀以及提示模块动作。
参考标准：所述补气装置在研发设计中参考了《GB/T8905-2012六氟化硫电气设备中气体管理和检测》、《GB12022-2006工业六氟化硫》、《国家电网公司电力安全工作规程(变电部分)》、SF6特性曲线图，如图3所示。
计算和分析:
取开关额定压力为0.6MPa，低压报警0.5MPa，真空充气约为0MPa进行计算分析，由图4可得，在常温20℃时，SF6气态压强为0.6MPa时的密度为47kg/m3,当前充补气管路直径d为8mm，设定气瓶出口压强为0.6MPa，根据气体流量公式(1)，计算气体如表2所示。
q V = S d 2 &rho; ( P 2 - P 1 ) - - - ( 1 )
表2常温SF6气体流量
密度继电器每一小格是0.02MPa，通过减压阀，气瓶侧出口压强设为0.6MPa，以110kV开关测量抽真空后，压强从1.33×10-1Pa到0.02MPa约20.3秒，补气从0.50MPa到0.52MPa约125秒，由实际测量可见气流运动缓慢，所述装置在充补气时需要配合充补气软管和接头箱使用，通过对流量计算以及对控制和监测部件的分析，可以实现精确控制和监测。
人机交互模块：所述装置使用触控屏和语音板作为人机交互的载体，根据设置每执行一步所需要的语音提示程序配合图形化操作界面实现人机交互，在原有部件实现充补气功能的基础上，又实现了数字压强表、设备状态信息记录的功能，实现一机多用。
自动操作流程严格依据《GB/T8905-2012六氟化硫电气设备中气体管理和检测》，编写SF6充补气操作程序，由机器代替人按程序执行，防止出现误操作、不规范操作、漏操作，保障操作的正确性、完整性，每执行一步程序都有语音和文字提示，程序设计中气瓶的压强设为P瓶，SF6设备内的压强设为P设，程序设计流程图如图4所示。
环境检测：作业全过程，SF6气体传感器、温湿度传感器对连接管路和工作区域环境进行监测，当SF6气体或温湿度不合格时，发出声光警报，并关闭比例电磁阀停止作业，保证充气质量和作业环境安全，程序流程图和控制示意图如图5所示。
流量控制：在充补气初期，利用压强传感器和温度传感器，测量气瓶侧与设备侧压强差以及充补气管内的温度，将测量值传到微处理器中进行运算分析，控制比例电磁阀的开启程度。运算分析程序计算使用压力1.5MPa，15kg的SF6气瓶，向同样规格抽真空后压强为1.33×10-1Pa的SF6气瓶充补气，模拟充补气过程，进行数据测试，将装置连接于两个气瓶之间。
额定压强满气瓶使用减压阀从1.5MPa开始每次减小0.1MPa，比例电磁阀直径8mm，截面积为5.024×10-5m2，通过触摸屏操作阀门开启程度，从0开始每次增加5％，将压强传感器传来的实时数据显示到触摸屏上，并作为程序设计中启动充补气压差参考依据，结果如表4所示。
表4试验测试数据
SF6设备额定压力在0.52～0.6MPa之间，在压差为1.0MPa时出现结冰现象，为使气流平缓，程序设计启动充补气压差点取P瓶-P设＝0.7MPa，停止充气温度点T瓶取-28℃，为保证精确控制，所有传感器采样时间取0.1秒。
精度控制分为两步，第一步，装置使用前进行与不同型号设备的密度继电器的修正，当设备处于正常额定压力时使用装置压强传感器进行多次测量，以密度继电器值为准与测量值作差得出修正值，导入数据库，当选择设备型号时自动调用修正值；第二步，充补气管路中气瓶侧与设备侧两个压强传感器每隔0.1秒采集一次数据进行作差，为保证充气精确控制，微处理器根据差值减小比例电磁阀开度，当与设定好的目标值相等时立即停止充补气，并发出声光提示，如图6所示。
改善工艺流程：装置的应用突破了传统SF6补气工艺，将以往的人工监测转化为机器监测，实现了作业流程、充气速度、充气精度的精准控制，自动充气误差控制在±0.002MPa。简明的人机界面，从作业环境的判断，到充气作业结束，环环相扣，严谨的程序化工作方法，有效防止人为误操作、漏操作以及水分侵入，提高工艺水平和作业质量。同时，作业人员通过简单的装置培训即可掌握作业工艺。
提高效率效益：装置的使用，避免了因人员配合不及时而导致的反复充、放气情况的发生。设备平均补气用时由原来的3人40分钟缩短为2人15分钟，设备停电真空充气由原来的3人1.5小时缩短为2人45分钟。以年平均作业次数300次，充补气作业各半为例，减少停电损失：150×0.75×1.7＝191.25万元；节省工时150×(0.75+0.42)＝175.5小时。(注：其中按照停电间隔平均输电能力为33MW计算，节省1小时可减少停电损失1.7万元)
保证安全，减少环境污染：压强传感器与SF6气体传感器的应用，以及气瓶阀门的自动关闭，避免了补气过程中监测不到位或充气过量造成的SF6气体泄露，有效防止环境污染以及作业人员人身伤害等情况的发生。

Claims (10)

1.一种SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：包括SF6气瓶（1）和电控箱（2），所述电控箱包括箱体，所述箱体上设有进气口（3）和出气口（4），SF6气瓶（1）的出气口与所述箱体上的进气口连接，所述箱体上的进气口通过管路与所述箱体上的出气口连接，所述箱体内还设有电控板（5），所述电控板（5）包括微处理器、气瓶侧温度压强传感模块（6）、设备侧温度压强传感模块（7）、比例电磁阀（8）、环境信息传感模块、人机交互模块、提示模块和电源模块；所述电磁阀位于所述箱体内的管路上，与微处理器的控制输出端连接，将所述箱体内的管路分为气瓶侧和设备侧两部分；所述气瓶侧温度压强传感模块（6）位于所述气瓶侧的管路内，与微处理器的信号输入端连接，用于检测气瓶侧管路内的温度和压力信息；所述设备侧温度压强传感模块（7）位于所述设备侧的管路内，与微处理器的信号输入端连接，用于检测设备侧管路内的温度和压力信息；所述环境信息传感器位于所述箱体内，与所述微处理器的信号输入端连接，用于检测所述箱体内的环境信息；所述人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入和显示数据；所述提示模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在微处理器的控制下输出提示信号；电源模块与所述电控板上需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；微处理器根据气瓶侧温度压强传感模块、设备侧温度压强传感模块以及环境信息传感模块检测的信信息控制电磁阀以及提示模块动作。
2.如权利要求1所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：所述气瓶侧温度压强传感模块（6）包括气瓶侧温度传感器和气瓶侧压强传感器；所述设备侧温度压强传感模块（7）包括设备侧温度传感器和设备侧压强传感器；所述环境信息传感模块包括SF6气体传感器以及环境温湿度传感器。
3.如权利要求1所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：所述电控板还包括遥控接收模块和遥控器，所述遥控接收模块与所述微处理器的信号输入端连接，用于接收遥控器发出的遥控信号。
4.如权利要求1所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：所述提示模块包括语音板和指示灯。
5.如权利要求1所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：所述SF6气瓶出气口的管路上设有调压阀（9），所述箱体的进气口和出气口上设有快装接头（10）。
6.如权利要求1所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：所述人机交互模块使用触摸屏，所述箱体内气瓶侧和设备侧的管理上设有缓冲气瓶（11）。
7.如权利要求2所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：在进行自动充补气的过程中，当所述SF6气体传感器、环境温湿度传感器对连接管路和工作区域的环境进行监测，且微处理判断环境中的SF6气体和/或温湿度不合格时，微处理器控制提示模块发出声光提示，并关闭比例电磁阀，停止充补气工作。
8.如权利要求2所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：微处理器设定启动充补气压差点为P瓶-P设=0.7MPa，停止充气温度点T瓶为低于-28℃。
9.如权利要求2所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：所述补气装置使用前，对于不同型号的SF6设备，当设备处于正常额定压力时，使用所述装置内的压强传感器进行若干次测量，并以SF6设备内密度继电器的值为准，密度继电器的值与压强传感器测量的值做差得出修正值，然后导入数据库，当所述补气装置使用时，所述微处理器使用修正后的压力值进行控制。
10.如权利要求2所述的SF6设备多功能全自动充补气装置，其特征在于：气瓶侧压强传感器与设备侧压强传感器每个0.1秒采集一次数据进行作差，当设备侧压强传感器与设定好的目标值相等时，微控制器立即控制所述电磁阀关闭，停止充补气，并发出声光提示。
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