CN115978432B - 一种gis设备的sf6充气装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种GIS设备的SF6充气装置及方法，涉及电气设备技术领域，通过两个六氟化硫气瓶为一组并联、4组并联的气瓶利用气管将其连接到缓冲罐以获得大流量和气液分离充气装置拥有大空间范围满足高压变电站GIS设备的充气要求，可以实现一站式一次性充气方便快捷；充气装置为了防止充气过程中因为汽化潜热造成气瓶结霜温度气压下降问题安装有加热装置；为了方便安装加热装置；为了防止气压过大造成气管内形成涡流，装置安装有气体质量流量控制器对气体进行层流控制；其能提供恒温加热、恒流控制、较大容量、精准充气，实现对电压等级高、大气室GIS设备一次性的自动、高效率补充气，保证GIS设备安全运行的同时降低运行维护成本。

Description

一种GIS设备的SF6充气装置及方法

技术领域

本发明涉及变电站电气设备技术领域，尤其涉及一种GIS设备的SF6充气装置及方法。

背景技术

在110千伏及以上电网基建工程中，GIS/HGIS设备、SF6断路器、电流互感器等SF6充气设备，因占地面积小、安装相对便捷而被广泛应用，而在SF6设备安装过程中，SF6注气是设备安装必不可少的关键工序。尤其是SF6电器设备的不断增加，对SF6电气设备在安装调试、检修维护的要求越来越高，相关部门对SF6电器设备施工及检修过程中的抽真空和回充补气提出更高的质量和时间要求。

SF6气体的灭弧能力与工作压强也存在相关性，为保证GIS设备的正常工作，通常其内部SF6气体的工作压强保持在0.5MPa（表压），当SF6气体压强降低到0.4MPa（表压）会引起设备低气压报警，需要及时补气。造成低压报警的原因有两个，故障原因：由于GIS设备的老化、硬密封材料含有气孔、铜管焊接处有裂缝、密封垫圈制造工艺的缺陷和截止阀光洁度不良造成每年设备泄露比例占设备量的2%~4%左右。非故障原因：SF6气体正常范围内的泄露，《电力设备预防性实验规程》、《国家电网公司设备状态检修规章制度和技术指标》和《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》中规定SF6气体泄露率小于1%。SF6气体在电弧、电晕和局部放电的场景下被分解。

无论是电网建设安装的新GIS设备还是气压异常的旧GIS设备，都需要补充SF6气体。现在新装GIS设备通常电压较高，GIS设备气室较大通常单瓶40L六氟化硫无法满足充气要求。现有设备在充气过程中需要频繁更换气瓶，增加了时间成本，长时间如此也会造成设备螺口密封性下降，增加运行成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供本发明的目的使提供一种GIS设备的SF6充气装置及方法，其能提供恒温加热、恒流控制、较大容量、精准充气，实现对电压等级高、大气室GIS设备一次性的自动、高效率补充气，保证SF6电气设备安全运行的同时降低运行维护成本。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种GIS设备的SF6充气装置，包括：

箱体，所述箱体内设有：

多个六氟化硫气瓶，每两个并联设置，且并联设置的两个所述六氟化硫气瓶之间均通过第一气管连通；

其中，多个所述第一气管的出气端分别设有电磁阀与电磁减压阀，多个所述第一气管的出气端均与第二气管连通，且所述第二气管的进气端设有电磁阀；

多个气体质量流量控制器，设于每个所述第二气管的进气端，控制每个所述第二气管内的流量；

缓冲罐，其入口端与所述第二气管的出气端连通，其出口端通过所述第一气管与GIS设备连通，且该所述第一气管上设置有压力传感器、电磁阀、气体质量流量控制器、温度传感器；

真空泵，与所述第二气管、所述缓冲罐以及所述GIS设备分别通过连接气管连通，其入口端连通的连接气管上连接有真空计传感器；

PLC，分别与每个所述电磁阀、每个所述电磁减压阀、每个所述气体质量流量控制器、每个所述压力传感器、所述真空泵、每个所述真空计传感器。

作为本法发明的进一步优化，还包括：

多个加热装置，分别设于每个所述六氟化硫气瓶的外侧壁；

每个所述加热装置为两个半圆柱体表面形状组成，套设于所述六氟化硫气瓶上；

每个所述加热装置包括隔热层、保温层、加热层、防水层。

作为本法发明的进一步优化，所述缓冲罐的进气口位于其下侧，出气口位于所述缓冲罐上侧。

作为本法发明的进一步优化，所述真空泵的入口端为一个，所述真空泵与多个所述连接气管通过四通阀连通，且所述四通阀与所述连接气管连通的接口处均设有电磁阀。

作为本法发明的进一步优化，还包括：

多个固定杆，分别均匀设于每个所述六氟化硫气瓶的两侧和后方；

每个所述加热装置内侧的加热部分与所述固定杆固定连接，每个所述加热装置外侧加热部分与所述固定杆铰接；

多个抱箍，均匀设于所述六氟化硫气瓶外壁上且位于该所述六氟化硫气瓶的固定杆之间，相邻所述抱箍的开口方向不同。

作为本法发明的进一步优化，所述箱体内壁设有隔热层，所述箱体上设有用于显示充气过程中参数变化的显示屏。

一种根据权利要求1所述一种GIS设备的SF6充气装置的方法，包括以下步骤：

当充气设备与GIS设备连接完毕时，PLC控制不同的电磁阀将不同的气路连接到带有真空计传感器的气路判断气路是否需要抽真空，对需要抽真空气路进行抽真空；

抽真空结束后，打开GIS设备的充气开关，此时采集GIS端和设备端初始温度与压力，根据Beattie-Bridgman经验公式对气瓶中纯在的气体重量和需要补气重量进行计算；

控制加热装置与电磁减压阀开度来控制气体质量流量控制器入口侧压力，利用气体质量流量控制器进行层流控制，对流量进行准确控制；

当缓冲罐气压达到设定值，打开缓冲罐电磁减压阀对GIS设备进行恒流压充气，GIS设备侧气体质量流量控制器对流量进行计算，达到自动设定停止充气；

关闭缓冲罐侧电磁阀，获取GIS侧温度传感器与压力传感器数值代入Beattie-Bridgman经验公式，当数值达到稳定时将其折算到标准温度下压强判断是否达到要求，达到要求则关闭设备，充气完毕；未达到进行0056步骤。

与现有技术相比较，本发明的有益效果为：

充气装置拥有大空间范围可以携带320L的六氟化硫气体，满足高压变电站GIS设备的充气要求，可以实现一站式一次性充气方便快捷；充气装置为了防止充气过程中因为汽化潜热造成气瓶结霜温度气压下降问题对8个六氟化硫气瓶安装有加热装置；为了方便安装加热装置，装置对加热装置用铰链进行连接安装简单便捷；为了防止六氟化硫液体进入GIS设备和稳定压力充气，装置设置了缓冲罐将六氟化硫气体液体进行分离；为了防止气压过大造成气管内形成涡流，装置安装有气体质量流量控制器对气体进行层流控制；为了防止过充，本装置利用气体质量流量控制器对流量进行精确控制；为了防止空气或其他杂志气体进入GIS设备，本装置安装有真空泵对气管进行排气；为防止单一传感器数据计算有误差，在充气结束前利用传感器数据带入Beattie-Bridgman经验公式确认计算。

附图说明

图1为本发明提供的GIS设备SF6充气装置的气路结构示意图；

图2为本发明的结构连接图；

图3为本发明的六氟化硫气瓶后端面结构连接图；

图4为本发明的六氟化硫气瓶前端面结构连接图；

图5为本发明结构原理框图；

图6为本发明控制运行流程图；

图7为本发明补气流程图。

附图标记说明：1.六氟化硫气瓶、101-108.第1六氟化硫气瓶-第8六氟化硫气瓶、109.GIS设备、110.缓冲罐、2.加热装置、3.压力传感器、4.电磁减压阀、501-514.第1三通阀-第14三通阀、515.四通阀、6.温度传感器、7.电磁阀、701-710.第1电磁阀-第10电磁阀、8.气体质量流量控制器、901.真空计传感器、902.真空泵、1001.DN20第一气管、1002.DN40第一气管、1003.DN20第二气管、11.连接气管、1201.抱箍、1202.固定杆、1301.万向轮、1401.缓冲罐出口、1501.箱体、1601.缓冲罐入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

实施例

参阅图1-7，一种GIS设备的SF6充气装置，包括：可移动的箱体1501，箱体1501内设有：多个六氟化硫气瓶1，本实施例中采用8个六氟化硫气瓶1，每两个并联设置，也是第1六氟化硫气瓶101、第2六氟化硫气瓶102为一组，第3六氟化硫气瓶103、第4六氟化硫气瓶104为一组，第5六氟化硫气瓶105、第6六氟化硫气瓶106为一组，第7六氟化硫气瓶107、第8六氟化硫气瓶108为一组，且并联设置的两个六氟化硫气瓶1之间均通过DN20第一气管101连通；其中，多个DN20第一气管101的出气端分别设有电磁阀7与电磁减压阀4，多个DN20第一气管101的出气端均与DN20第二气管1003连通，且DN20第二气管1003的进气端设有电磁阀7；气体质量流量控制器8，设于DN20第二气管1003的进气端，控制DN20第二气管1003内的流量；缓冲罐110，其入口端与DN20第一气管的出气端连通，其出口端通过DN20第二气管与GIS设备连通，且该DN20第一气管1001上设置有压力传感器3、电磁阀7、气体质量流量控制器8、温度传感器6；真空泵902，与DN20第二气管1001、缓冲罐110以及GIS设备109分别通过连接气管11连通，其入口端连通的连接气管上连接有真空计传感器901；PLC，分别与每个所述电磁阀7、每个所述电磁减压阀4、每个所述气体质量流量控制器8、每个所述压力传感器、所述真空泵902、每个所述真空计传感器901电连接。

为了实现设备中温度维持在一定的温度，作为本法发明的进一步优化，还包括：多个加热装置2，分别设于每个六氟化硫气瓶1的外侧壁；每个加热装置2为两个半圆柱体表面形状组成，套设于六氟化硫气瓶1上；每个加热装置2包括隔热层、保温层、加热层、防水层。

为了便于气体的流转运输，对于缓冲罐110的接口位置做出了限定，对于缓冲罐110的气口位置进行限制，缓冲罐110的进气口1601位于其下侧，出气口1401位于缓冲罐100上侧。

并且真空泵902的入口端为一个，真空泵902与多个连接气管11通过四通阀515连通，且四通阀515与连接气管11连通的接口处均设有电磁阀7。

为了便于移动且在设备移动过程中，整个装置保持保持稳定状态，需要对六氟化硫气瓶进行固定，作为本法发明的进一步优化，还包括：多个固定杆1202，分别均匀设于每个六氟化硫气瓶1的两侧和后方；每个加热装置2内侧的加热部分与固定杆1203固定连接，每个加热装置2外侧加热部分与固定杆1202铰接；多个抱箍1202，均匀设于六氟化硫气瓶1外壁上且位于该六氟化硫气瓶1的固定杆1202之间，相邻抱箍1201的开口方向不同。

为了避免热损失，起到更好的保温作用，箱体1501内壁设有隔热层，箱体1501上设有用于显示充气过程中参数变化的显示屏。

参阅7，一种根据权利要求1所述一种GIS设备的SF6充气装置的方法，包括以下步骤：

1.当充气设备与GIS设备连接完毕时，PLC控制不同的电磁阀7将不同的气路连接到带有真空计传感器901的气路判断气路是否需要抽真空，对需要抽真空气路进行抽真空；

2.抽真空结束后，打开GIS设备109的充气开关，此时采集GIS端和设备端初始温度与压力，根据Beattie-Bridgman经验公式对气瓶中纯在的气体重量和需要补气重量进行计算；

3.控制加热装置2与电磁减压阀4开度来控制气体质量流量控制器入8口侧压力，利用气体质量流量控制器8进行层流控制，对流量进行准确控制；

4.当缓冲罐110气压达到设定值，打开缓冲罐110放入电磁减压阀4对GIS设备109进行恒流压充气，GIS设备109侧气体质量流量控制器8对流量进行计算，达到自动设定值的时候停止充气；

5.关闭缓冲罐110侧的电磁阀7，获取GIS设备109侧温度传感器6与压力传感器3数值代入Beattie-Bridgman经验公式，当数值达到稳定时将其折算到标准温度下压强判断是否达到要求，达到要求则关闭设备，充气完毕；未达到，则进行2步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序；而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种GIS设备的SF6充气装置，其特征在于，包括：

箱体（1501），所述箱体（1501）内设有：

多个六氟化硫气瓶（1），每两个并联设置，且并联设置的两个所述六氟化硫气瓶（1）之间均通过第一气管连通；

其中，多个所述第一气管的出气端分别设有电磁阀（7）与电磁减压阀（4），多个所述第一气管的出气端均与第二气管连通，且所述第二气管的进气端设有电磁阀（7）；

多个气体质量流量控制器（8），设于每个所述第二气管的进气端，控制每个所述第二气管内的流量；

缓冲罐（110），其入口端与所述第一气管的出气端连通，其出口端通过所述第二气管与GIS设备（109）连通，且该所述第一气管上设置有压力传感器、电磁阀（7）、气体质量流量控制器（8）、温度传感器；

真空泵（902），与所述第二气管、所述缓冲罐（110）以及所述GIS设备（109）分别通过连接气管（11）连通，其入口端连通的连接气管（11）上连接有真空计传感器（901）；所述真空泵（902）的入口端为一个，所述真空泵（902）与多个所述连接气管（11）通过四通阀（515）连通，且所述四通阀（515）与所述连接气管（11）连通的接口处均设有电磁阀（7）；

PLC，分别与每个所述电磁阀（7）、每个所述电磁减压阀（4）、每个所述气体质量流量控制器（8）、每个所述压力传感器、所述真空泵（902）、每个所述真空计传感器（901）电连接；

多个加热装置（2），分别设于多个所述六氟化硫气瓶（1）的外侧壁；

每个所述加热装置（2）为两个半圆柱体表面形状组成，套设于所述六氟化硫气瓶（1）上；

每个所述加热装置（2）包括隔热层、保温层、加热层、防水层。

2.根据权利要求1所述一种GIS设备的SF6充气装置，其特征在于，所述缓冲罐（110）的进气口位于其下侧，出气口位于所述缓冲罐（110）上侧。

3.根据权利要求1所述一种GIS设备的SF6充气装置，其特征在于，还包括：

多个固定杆（1202），分别均匀设于每个所述六氟化硫气瓶（1）的两侧和后方；

每个所述加热装置（2）内侧的加热层与所述固定杆（1202）固定连接，每个所述加热装置（2）外侧加热层与所述固定杆（1202）铰接；

多个抱箍（1201），均匀设于所述六氟化硫气瓶（1）外壁上且位于该所述六氟化硫气瓶（1）的固定杆之间，且相邻所述抱箍（1201）的开口方向不同。

4.根据权利要求1所述一种GIS设备的SF6充气装置，其特征在于，所述箱体（1501）内壁设有隔热层，所述箱体（1501）上设有用于显示充气过程中参数变化的显示屏。

5.一种用于权利要求1-4任意一项的所述一种GIS设备的SF6充气装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

当充气设备与GIS设备（109）连接完毕时，PLC控制不同的电磁阀（7）将不同的气路连接到带有真空计传感器（901）的气路判断气路是否需要抽真空，对需要抽真空的气路进行抽真空；

抽真空结束后，打开GIS设备（109）的充气开关，此时采集GIS端和设备端初始温度与压力，根据Beattie-Bridgman经验公式对六氟化硫气瓶（1）中存在的气体重量和需要补气重量进行计算；

控制电磁减压阀（4）的开启程度来控制气体质量流量控制器（8）入口侧压力，利用气体质量流量控制器（8）进行层流控制，对流量进行准确控制；

当缓冲罐（110）气压达到设定值，打开缓冲罐（110）的电磁阀（7）对GIS设备（109）进行恒流压充气，GIS设备（109）一侧的气体质量流量控制器（8）对流量进行计算，达到自动设定停止充气；

关闭缓冲罐（110）一侧的电磁阀（7），获取GIS设备（109）一侧的温度传感器与压力传感器数值代入Beattie-Bridgman经验公式，当数值达到稳定时将其折算到标准温度下压强判断是否达到要求，达到要求则关闭设备，充气完毕。