SF6是一種應用于高壓設備氣體電介質,它已廣泛應用于斷路器、GIS、變壓器等電
氣設備。SF6氣體的耐電強度高、滅弧能力強、通常無液化問題、化學穩定性好,它是現今為止
絕緣和滅弧介質。GIS等組合電氣設備需要大量的SF6氣體,并且這些設備一般都在現
場組裝,現場充氣。目前大型設備充SF6氣體是一個比較困難的問題。主要問題有,(1)充氣速度
太慢,延誤組裝時間,大大加長了施工工期;(2)SF6鋼瓶內剩余大量SF6氣體,造成嚴重浪費,增加
了電力成本。
2 SF6設備充氣難的原因
SF6氣體在鋼瓶內呈液態儲存,經減壓閥變成氣態后充入電氣設備,這種充氣過程在物理學
上稱為汽化。液體中分子的平均距離比氣體中小得多,汽化時分子平均距離加大、體積急劇增
大,需克服分子間引力并反抗大氣壓力作功。因此,汽化需要吸收熱量,汽化所需熱量可以由自
身、周圍物體或周圍環境提供,當提供的熱量不能滿足汽化需要的熱量時,液態物體的自身溫度
就要降低,液態SF6溫度降低,汽化的速度就會減慢,也就是充氣的速度減慢了。當液態SF6溫度
降到凝固點以下時,SF6就會變成固態,這時汽化的速度就更慢了。我們看到的現象就是:SF6鋼
瓶下部會結一層厚厚的冰,如果我們向鋼瓶上潑些水,水會立刻結成冰,這就說明此時鋼瓶內部遠
遠低于零攝氏度,充氣幾乎停止。
這種現象在冬季最為明顯,因為冬季氣溫低。將一個滿瓶的SF6鋼瓶接入設備進行充氣,當
充氣進行大約5分鐘左右時,鋼瓶下部就會開始結冰,充氣速度明顯減慢。到8分鐘左右時結冰
就已經很厚,充氣基本停止。在夏季的時候,雖然氣溫比較高,但在充氣到7分鐘左右時,鋼瓶底部
也會開始結冰,充氣速度明顯減慢。到10分鐘左右時,結冰會變厚,充氣基本停止。這時我們就
只能將冰凍的鋼瓶卸下,換上一個新的鋼瓶繼續充氣。這個被冰凍的鋼瓶內還有大約60%以上
的氣體,如果我們棄之不用,那么我們就浪費了大量的SF6氣體。SF6氣體是很昂貴的,這樣就大
大增加了電力設備的成本。如果將鋼瓶放在陽光下,讓其自然融化,則需要很長的時間。在夏季
至少要放置3小時以上才能再次使用,在冬季至少要放置5小時以上才能繼續使用。GIS設備需
要大量的SF6氣體(不同廠家的設備需要氣體量不同,假設一個GIS電氣間隔需要2瓶SF6氣體,
一個GIS共10個電氣間隔),一個電氣間隔用3-4瓶氣體進行輪流充氣,當鋼瓶底部結冰,速度慢
了就換上其他的鋼瓶繼續充氣。當設備間隔內氣體壓力增加后,由于鋼瓶內的壓力與電氣間隔
內SF6氣體壓力差減小,也會減慢充氣速度。把一個電氣間隔充到標準壓力至少需要5～6小
時。一個GIS組合電氣充完氣體就需要50～60個小時,冬季所需時間會更長,并且每個鋼瓶
內都會剩余大量的SF6氣體,會造成大量浪費。并且需要多次更換充氣鋼瓶,有可能對設備內
SF6氣體的微水含量造成影響。
3 減少充氣時間的方法
怎么才能減少充氣時間,減少鋼瓶內剩余的氣體量,一直是現場充氣需要解決的問題。各大
型電氣設備廠家和供電施工單位使用了很多方法,雖然提高了一點充氣速度,但仍然有很大缺
點。
方法一:在充氣的同時,用木柴等可燃物直接對鋼瓶底部加熱。這種方法可以提供鋼瓶內
SF6汽化所需的熱量,但會將SF6鋼瓶底部燒黑,不利于廠家對鋼瓶的回收,并且木柴燃燒產生的
熱量大且不均勻,鋼瓶內溫度極低,由于局部劇烈受熱,很可能導致SF6鋼瓶爆炸,因此這種方法是
不可行的。
方法二:在充氣的同時,用電熱毯等加熱設備裹住SF6鋼瓶,用電熱毯通電后產生的熱量來提
供鋼瓶內SF6汽化所需的熱量。由于電熱毯功率小,不能平衡鋼瓶內SF6汽化所需的熱量。并
且鋼瓶底部結冰后,電熱毯將冰融化產生的水會使電熱毯受潮,甚至短路,燒毀,發生火災,這種方
法也是不可行的。
方法三:在充氣的同時,將鋼瓶放到大功率的取暖設備上。這種方法由于鋼瓶受熱面積小,也
只能提供一部分汽化所需的熱量,并且也只是局部受熱仍然可能造成鋼瓶的爆炸。這種方法也
是不可行的。
方法四:在充氣的同時,用噴燈的火焰烘烤鋼瓶表面。鋼瓶用起重設備吊起,噴燈的火焰均勻
的在鋼瓶表面行走,這樣不至于使鋼瓶因局部受熱而爆炸,但現場操作起來比較困難,需要起重設
備和專人使用噴燈烘烤。并且噴燈的火焰不能平衡鋼瓶內SF6汽化需要的熱量。在冬季的時候,
用這種方法充氣,8分鐘左右鋼瓶底部就會出現結冰,10分鐘左右就基本停止充氣。這種方法仍
然沒有有效的解決充氣時間長和鋼瓶內剩余氣體多的難題。
4 水循環加熱法
我們通過多次GIS大型電氣設備充氣的試驗,現在已基本形成一整套完整的充氣方法,這種
方法不僅極大的縮短了充氣時間,并且可以使鋼瓶內的氣體使用率在96%以上。用這種方法我
們充完一個8個間隔的GIS組合電氣設備,總共使用了17瓶SF6氣體,共用時8個小時。一
滿瓶的SF6氣體只需要30分鐘便可以充入設備內,中間不需要更換其他的鋼瓶,并且充完氣
的鋼瓶內剩余的SF6氣體量少于4%,這不僅極大的縮短了充氣所需的時間,且充分的使用了SF6
氣體,大大減少了電力設備的成本。減少了更換鋼瓶的次數,同時也減小了對設備內SF6氣體微
水含量的影響。
4.1 準備用品
絕緣膠墊一張、大號塑料水桶(高度大于50cm、桶口直徑大于2倍SF6鋼瓶直徑)1個、熱
水器(普通燒水用的熱水器即可,功率在800～1000W每個)8個、起重設備,便于將鋼瓶吊起(條件
不允許的施工現場也可以不用)、220V電源、絕緣橡膠手套2付、溫度計1個。
4.2 充氣的具體步驟
(1)將大號塑料水桶內倒入2/3的水,放在絕緣膠墊上。
(2)將待充氣的鋼瓶用起重設備吊起后,放在水桶內,水桶內的水不溢出即可。鋼瓶的底部不
要接觸大號塑料水桶的底部。如果施工現場沒有起重設備,可以倆個人一起將SF6鋼瓶抬起,直
立放入桶的中間部位,底部用磚頭墊起,鋼瓶底部距離桶底留有3-5cm的間隙,便于水的循環。
(3)在水桶內放入4個熱水器,熱水器的使用要按照我們日常生活中燒水的方法,熱水器燒水
部分要放入水中,且不可以讓水進入熱水器的電氣部分。
(4)接好充氣裝置,打開閥門進行充氣。
(5)接好熱水器,觀察水的溫度變化,桶內水的溫度控制在30～40攝氏度之間。工作人員要帶
絕緣橡膠手套,禁止直接用手接觸SF6鋼瓶和熱水器。如果發現鋼瓶底部結冰,水桶內的水溫度
不高時,可以增加1-2個熱水器,增加熱量。如果發現水桶中水的溫度過高,要及時減少1～2個熱
水器,以減少桶內熱量。降低水的溫度,可以減慢充氣速度。提高水的溫度可以加快充氣速度。
(6)發現SF6鋼瓶內氣體已經很少,充氣困難時。先停熱水器,將熱水器全部拔掉,然后在停止
充氣。更換新鋼瓶重復步驟1～6。
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