GIS设备六氟化硫注气效率的研究

林军浩 陶文华

（浙江省送变电工程公司 浙江杭州 310016）

GIS设备六氟化硫注气效率的研究

林军浩 陶文华

（浙江省送变电工程公司 浙江杭州 310016）

GIS设备抽真空和注气效率是影响GIS设备安装的关键因素，通过对GIS设备六氟化硫注气的模拟实验，得到相关数据并进行分析，可知注气时气瓶内由于温度和压力下降，六氟化硫出现气-液相平衡态导致汽化效率降低从而影响充气效率。因此可以采用六氟化硫加热装置持续的给六氟化硫气瓶提供汽化热，从而提高注气效率。

GIS；注气效率；六氟化硫；加热装置

1 引言

气体绝缘组合电器（GIS）设备因占地面积小，可靠性高，维护工作量少等优点，在电力系统内得到广泛应用。越来越多使用GIS设备是一个未来的趋势，如何优质高效的完成GIS设备安装是输变电工程施工单位研究的重点课题。

GIS设备六氟化硫注气工作由于六氟化硫气体的独特性质和本作业对周围环境因素比较敏感，无法通过常规的措施来有效保证作业进度，往往成为GIS设备安装过程中的制约因素，如何优质高效的做好GIS设备安装中的六氟化硫注气工作是GIS设备安装中的重点内容。

2 六氟化硫的饱和蒸汽曲线

根据国家标准《工业六氟化硫》（GB12022-2006）的要求，变电工程现场使用的六氟化硫一般使用40L高压气瓶运输，重量为每瓶50kg，气瓶的公称压力为12.5MPa，纯度在99.9%以上，六氟化硫在瓶内以液态形式存在。

和六氟化硫注气过程密切相关的物理参数是饱和蒸汽压。六氟化硫气体饱和蒸汽曲线如图1所示。

图1 六氟化硫饱和蒸汽曲线

3 六氟化硫注气过程现场模拟实验

由理论推导可以得出，GIS设备六氟化硫注气时设备气室可以看做是真空气室进行注气，对其注气的时间是一个分段函数，在刚开始注气时，气体以音速注气，注气流量为常数，是线性曲线；当达到临界压力后，气体以亚音速注气，注气压力升高，流量逐渐降低。从达到临界压力开始，直到注气结束，曲线为非线性变化。

为能较直观的了解六氟化硫注气过程，我们采用了现场模拟实验的方法进行研究，并结合有关理论对各阶段变化进行分析。

本成果现场模拟实验在500kV某变电站现场展开，使用气瓶进行注气，记录温度变化和压力变化，每10min记录一次。在完成试验后，相关数据用excel进行曲线拟合，从而得到温度变化关系曲线和压力变化关系曲线。

4 对记录的数据和压力时间变化关系的分析

由模拟实验得到的气室、气瓶温度的时间关系曲线和气室、气瓶压力的时间关系曲线并结合六氟化硫饱和蒸汽曲线，可以对气室的六氟化硫注气实际过程分阶段进行讨论。

（1）注气开始前，气瓶和气室内温度基本同室外环境温度，气瓶内六氟化硫气体为当时环境温度下饱和蒸汽的压力，模拟实验时按气瓶最大公称压力12.5MPa讨论，气室内为真空。

（2）音速充气阶段：六氟化硫气体通过气瓶减压阀和六氟化硫抽真空注气装置内的充气阀门以音速匀速的向真空气室进行注气，由于六氟化硫气体从气瓶不断的注入GIS设备气室，气瓶内压力逐渐降低，而GIS设备气室压力逐步上升。同时，气瓶内液态六氟化硫不断汽化，从周围大量吸收热量，气瓶和气体温度不断下降。

（3）亚音速充气阶段：在注气阀门出口六氟化硫气体压力和气室内六氟化硫气体压力达到临界压力比后，气室内注气速度开始降低，进入亚音速注气阶段。在本阶段，随着气瓶内六氟化硫压力下降和温度下降，瓶中的六氟化硫气体实际的压力-温度曲线会与饱和蒸汽曲线交叉，瓶内六氟化硫会进入一个气-液相动态平衡状态，瓶内液态的六氟化硫不再汽化，无法持续的向气室供气，这时，现场气室注气效率便会极大的降低。

（4）注气完成后：在亚音速充气足够长的时间后，GIS设备气室内的六氟化硫气体压力能满足设备要求，则本次注气过程顺利完成。

由上述分析可以看出：如果考虑实际作业环境，音速注气阶段由于六氟化硫气瓶汽化条件比较好，GIS设备气室内压力-时间关系曲线和理想模型的压力-时间关系曲线比较接近，但是亚音速注气阶段，由于气瓶内液态六氟化硫汽化吸热导致瓶内六氟化硫气体实际的压力-温度曲线和饱和蒸汽曲线交叉，此时瓶内六氟化硫进入气-液相平衡态，该阶段注气效率降低，时间延长，从而影响六氟化硫注气工作。

5 结论

注气时的GIS设备气室内气体的压力-时间曲线都是一条拟合指数函数的曲线，前期时速度快，效率高，时间省，后期则速度变慢，效率降低，耗时不成比例的增加。

由六氟化硫注气模拟实验结果及其分析可知，要提高六氟化硫注气效率，关键在于确保气瓶内液态六氟化硫能不断的汽化，避免气瓶内实际压力-温度曲线与饱和蒸汽曲线交叉，导致出现六氟化硫气-液相平衡状态，就能很好的保证气室实际的充气的压力-时间曲线能有效拟合修正前的曲线来确定注气时间。

结合六氟化硫运输、保存、使用的有关规定，我们研制了六氟化硫气瓶加热装置，能同时进行六个六氟化硫气瓶的加热和温度控制，具有很强的实用性。

经过现场实际使用验证，使用本装置可以有效的提高GIS设备抽真空、注气40%以上的效率，具有极大的节能减排和经济效益。

[1]夏泰淳，主编.工程流体力学.上海交通大学，2006.

[2]廉乐明，李力能，吴家正.工程热力学（第四版）.高等教育出版社，2007.

[3]王成生，赵国胜，付长亮，孙海涛，赵楠.真空容器注气时间计算公式[J].真空，2008，9，45（9）.

[4]成都新为成科技.ANB智能真空泵使用说明书.

[5]《工业六氟化硫》（GB12022-2006）.

[6]《六氟化硫电气设备运行、试验及检修人员安全防护细则》（DL/T639-1997）.

[7]六氟化硫电气设备中气体管理和监测导则.

TM595

A

1004-7344（2016）06-0223-01

2016-2-6

林军浩（1984-），男，浙江杭州人，本科，研究方向为项目管理。