CN107726043B - 一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，包括以下步骤：步骤1、利用原SF6气体绝缘电流互感器本体，并对其气室瓷瓶承压、防爆膜承压以及二者与混合气体充气压力间的配合关系进行重新校核；步骤2、将SF6气体绝缘电流互感器中的SF6气体回收；步骤3、通过混合气体充气装置向SF6气体绝缘电流互感器内部充装特定比例和压力的SF6/N2混合气体。本发明对现有SF6气体绝缘电流互感器进行改造，既能满足现场绝缘要求，又可达到SF6气体减量、替代目的，且易于实现、成本较低。
Description
技术领域
本发明属于高压电器设备改造技术领域，特别涉及一种SF6气体绝缘电流互感器的SF6/N2混合气体改造方法。
背景技术
SF6气体因其优异的绝缘和灭弧性能，是迄今为止唯一得到工业应用的绝缘气体，已经广泛应用于断路器、全封闭组合电器(GIS)、电力变压器、直流输电换向阀和电流互感器等设备中。但是，SF6气体是强温室效应气体，其全球变暖系数约为二氧化碳(CO2)的23900倍，一旦泄露会对环境产生长期持续的污染，全球范围内对SF6气体使用的限制越来越严格，其替代、减量使用是大势所趋。
在SF6中加入N2、CO2或空气等普通气体构成的二元混合气体显示出了多方面的优越性。目前，仅有SF6/N2混合气体在工程实际中得到了部分应用，但仅局限于气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)和GIS设备的母线气室。
目前，针对SF6/N2混合气体绝缘电流互感器的研究较少，尚未见有工程应用的报道。考虑到：(1)SF6气体绝缘电流互感器装用量大，所需SF6气体总量巨大，是SF6气体替代、减量应用的重要领域。(2)与SF6/N2混合气体GIL、GIS母线相比，CT内部结构较为复杂，在较高外施电压下更容易出现绝缘故障。同时，电流互感器属于线圈类设备，正常及过载工作情况下的发热对SF6/N2混合气体替代提出了更高的要求。(3)直接研发SF6/N2混合气体绝缘电流互感器，涉及绝缘结构、机械结构设计等诸多关键步骤，需要投入大量成本且周期较长。因此，对现有SF6气体绝缘电流互感器开展SF6/N2混合气体改造，既有现实的迫切需求，又有技术挑战，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，以解决上述技术问题。本发明对现有SF6气体绝缘电流互感器进行改造，既能满足现场绝缘要求，又可达到SF6气体减量、替代目的，且易于实现、成本较低。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，包括以下步骤：步骤1、利用原SF6气体绝缘电流互感器本体，并对其气室瓷瓶承压、防爆膜承压以及二者与混合气体充气压力间的配合关系进行重新校核；步骤2、将SF6气体绝缘电流互感器中的SF6气体回收；步骤3、通过混合气体充气装置向SF6气体绝缘电流互感器内部充装特定比例和压力的SF6/N2混合气体。
作为优选的，在步骤1中，重新校核使得：防爆膜承压比设定的SF6/N2混合气体压力高0.4Mpa，气室瓷瓶承压为SF6/N2混合气体压力的2.5-3.5倍。
作为优选的，步骤2具体包括，用回收装置将原SF6气体绝缘电流互感器内的SF6气体回收，采用真空泵将其内部气压降低到50Pa以下。
作为优选的，步骤3中充装的SF6/N2混合气体的比例为20％SF6/80％N2，SF6/N2混合气体的压力为0.59MPa-0.53MPa。
作为优选的，步骤3中充装的SF6/N2混合气体的比例为30％SF6/70％N2，SF6/N2混合气体的压力为0.54MPa-0.49MPa。
作为优选的，所述混合气体充气装置包括：SF6进气接口、N2进气接口、监测模块、流量控制阀组、抽真空模块和充气出口；SF6进气接口、N2进气接口、监测模块、抽真空模块和充气出口均与流量控制阀组相连通；流量控制阀组为多通阀；流量控制阀组上设置有S1、S2、S3、S4和S5五个阀门；S1设置在SF6气瓶与SF6进气接口之间，S2设置在N2气瓶与N2进气接口之间，S3设置在监测模块与多通阀之间，S4设置在抽真空模块与多通阀之间，抽真空模块为真空泵，S5设置在充气出口与待充气装置之间。
作为优选的，步骤3具体包括：首先将S5阀门与目标设备电流互感器接头相连，打开S1/S2/S3/S4阀门，关闭S5阀门，打开真空泵，对阀组及管路内残余气体进行抽真空，利用真空表检测真空度；根据充气要求SF6/N2的比例，计算混合气体对应电流互感器额定气压的等值压力，利用温度表检测环境温度，对等值压力进行温度校正，获得校正后的压力；利用分压定律，计算SF6、N2各自分压；打开阀组S1、S3、S5，关闭阀门S2、S4，对电流互感器内部充入SF6，待达到计算分压后，关闭S1，打开S2，对电流互感器内部充入N2至校正后的压力；整个充气过程完毕后，关闭阀门S1-S5。
作为优选的，改造后的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器在额定电流下的温升最高不超过80℃。
作为优选的，改造后的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器的局放水平不大于35pC。
作为优选的，还包括：步骤4、通过环保型混合气体分离回收装置将SF6/N2混合气体绝缘电流互感器中的SF6/N2混合气体分离回收；所述环保型混合气体分离回收装置包括压力监测模块、三通转换阀、直通阀组、增压阀组、高真空阀组、化学处理装置、混合气体分离装置和压缩回收装置；SF6/N2混合气体气室通过压力监测模块连接三通转换阀的入口，三通转换阀的第一出口通过增压阀组连接混合气体分离装置的入口，三通转换阀的第二出口通过直通阀组连接混合气体分离装置的入口，三通转换阀的第三出口通过高真空阀组连接混合气体分离装置的入口；混合气体分离装置的出口依次连接化学处理装置和压缩回收装置；压力监测模块为气压表或气压传感器，SF6/N2混合气体气室通过管路连接三通转换阀的入口；CT气室与三通转换阀的入口之间的管路上设有第一电磁阀和气压表；增压阀组包括串联的第三电磁阀和无油增压泵；直通阀组包括串联的减压阀和第二电磁阀；高真空阀组包括串联的第四电磁阀和高真空泵；混合气体分离装置包括串联的第五电磁阀和分离装置；压缩回收装置包括串联的第六电磁阀、压缩机和存储装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的SF6气体绝缘电流互感器的改造方法，对现有SF6气体绝缘电流互感器进行改造，可降低设备的更换成本和更换周期，综合考虑了绝缘、温升和局部放电对SF6/N2混合气体绝缘电流互感器的要求，既可保证设备正常使用，又可达到SF6气体减量、替代目的，且操作便捷、易于实现。
进一步地，如果SF6气体绝缘电流互感器中的气体额定压力为0.4MPa，改造后的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器的气体压力应在0.49MPa-0.59MPa之间，因改造后的电流互感器内部压力高于原电流互感器内的气体压力，所以需要重新校核气室瓷瓶承压、防爆膜承压以及二者与混合气体充气压力间的配合关系，必要时要更换电流互感器气室防爆膜，使防爆膜的承压高于SF6/N2混合气体压力至少0.4MPa。
进一步地，将原SF6气体绝缘电流互感器内的SF6气体回收，可以防止SF6气体排放污染环境，也可将SF6气体重复利用，同时便于SF6/N2混合气体的充入。
进一步地，通过混合气体充气装置对电流互感器进行充气，既能满足现场充气对混合气体比例准确度的要求，又能满足操作便捷和绝缘的要求，且成本较低。
进一步地，通过混合气体分离回收装置可将混合气体分离，N2直排，SF6气体回收，对SF6气体的回收、重复利用可抑制温室效应气体用量的绝对增长，降低电力设备的运维成本。
附图说明
图1是本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法中的混合气体充气装置的***构成示意图；
图2是图1中的混合气体充气装置的结构示意图；
图3是本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法在20℃时0.5MPa下20％SF6/80％N2混合气体的温度压力变化曲线；
图4是本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法在20℃时0.5MPa下30％SF6/70％N2混合气体的温度压力变化曲线；
图5是本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法中的混合气体分离回收装置的***构成示意图；
图6是图5中的混合气体分离回收装置的结构示意图。
在图2和图6中：1CT气室；2第一电磁阀；3压力监测模块；4三通转换阀；5第三电磁阀；6无油增压泵；7减压阀；8第二电磁阀；9第四电磁阀；10高真空泵；11第五电磁阀；12分离装置；13化学处理装置；14第六电磁阀；15压缩机；16存储装置；21流量控制阀组；22SF6气瓶；23N2气瓶；24监测模块；25抽真空模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，包括以下步骤：步骤1、利用原SF6气体绝缘电流互感器本体，并对其气室瓷瓶承压、防爆膜承压以及二者与混合气体充气压力间的配合关系进行重新校核，必要时需要更换电流互感器气室防爆膜，保证防爆膜的承压比SF6/N2混合气体压力高至少0.4MPa；步骤2、将SF6气体绝缘电流互感器中的SF6气体回收，用回收装置将原SF6气体绝缘电流互感器内的SF6气体回收，采用真空泵将其内部气压降低到50Pa以下，然后充分静置24h；步骤3、通过混合气体充气装置向SF6气体绝缘电流互感器内部充装特定比例和压力的SF6/N2混合气体。
参考图3和图4，本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，充装的SF6/N2混合气体的比例为20％SF6/80％N2且SF6/N2混合气体的压力为0.59MPa-0.53MPa或者SF6/N2混合气体的比例为30％SF6/70％N2且SF6/N2混合气体的压力为0.54MPa-0.49MPa，这两种混合比例及混合气体压力配合下的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器均通过了对应工频耐压试验和雷电冲击耐压试验，绝缘特性满足要求。本发明获得了两种不同混合比例SF6/N2混合气体的温度圧力曲线，利用该温度压力曲线可以获得混合气体对应的温度补偿系数，从而可制作不同混合比例SF6/N2混合气体专用的密度表。电流互感器充分静置后重新充装对应混合比例、压力的SF6/N2混合气体，采用对应混合比例专用的密度表。改造后的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器在额定电流下的温升最高不超过80℃；局放水平不大于35pC。
参考图1，本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其混合气体充气装置，包括：进气接口、监测模块、流量控制阀组、抽真空模块和混合气体出口。进气接口、监测模块、抽真空模块和混合气体出口均连接流量控制阀组。
参考图2，流量控制阀组21为多通阀；流量控制阀组21上具有S1、S2、S3、S4和S5五个阀门；S1、S2作为进气接口，分别连接SF6气瓶22和N2气瓶23。五个阀门采用标准接口，可以方便与气瓶与充气管路连接。
流量控制阀组21的阀门S4连接抽真空模块；抽真空模块为真空泵25。真空泵25可以对管路进行抽真空处理，避免管路内残余气体对混合气体的影响。流量控制阀组21的阀门S5作为混合气体出口，用于连接待充气装置。
监测模块24包括精密压力表、温度表和密度计；流量控制阀组21通过S3连接监测模块的精密压力表和密度计；温度表用于实时监测待充气装置中气体温度和环境温度，精密压力表用于检测充气压力，密度计接收温度表的环境温度监测数据，能够实时根据环境温度值折算出待充气装置中气体密度。
流量控制阀组21中设有流量调节单元，流量调节单元连接密度表；密度计监测的密度值信息发送给流量调节单元，用于控制流量控制阀组21的启停和流量调节。
流量调节单元设置流速控制档位，与监测模块双向反馈。流速档位由当前充气密度值触发，分别设置50％、25％、10％三个调节节点。流速档位随着密度值的提高而降低，即密度值接近预设值时，流速逐渐减小，分别降低为原有流量的50％、25％和10％，使其能满足密度监测模块刷新时间，保证充气过程不会过充。密度值到达最终密度的50％时，流速档位为最大流量的50％；密度值到达最终密度的75％时，流速档位为最大流量的25％；密度值到达最终密度的90％时，流速档位为最大流量的10％。
本发明的一种SF6气体绝缘电流互感器的改造方法，利用混合气体充气装置可以根据实际需要对高压电气设备进行混合气体灌充；具体包括以下步骤：
首先将S5阀门与目标设备电流互感器接头相连，打开S1/S2/S3/S4阀门，关闭S5阀门，打开真空泵，对阀组及管路内残余气体进行抽真空，利用真空表检测真空度；根据充气要求SF6/N2的比例，计算混合气体对应电流互感器额定气压的等值压力，利用温度表检测环境温度，对等值压力进行温度校正，获得校正后的压力；利用分压定律，计算SF6、N2各自分压；打开阀组S1、S3、S5，关闭阀门S2、S4，对电流互感器内部充入SF6，待达到计算分压后，关闭S1，打开S2，对电流互感器内部充入N2至校正后的压力；整个充气过程完毕后，关闭阀门S1-S5，静置电流互感器24小时以上，保证气体混合均匀。
参考图5，混合气体分离回收装置可以用来将SF6/N2混合气体绝缘电流互感器中的SF6/N2混合气体分离回收。混合气体分离回收装置，包括压力监测模块、三通转换阀、直通阀组、增压阀组、高真空阀组、化学处理装置、混合气体分离装置和压缩回收装置。
CT气室通过压力监测模块连接三通转换阀的入口，三通转换阀的第一出口通过增压阀组连接混合气体分离装置的入口，三通转换阀的第二出口通过直通阀组连接混合气体分离装置的入口，三通转换阀的第三出口通过高真空阀组连接混合气体分离装置的入口；混合气体分离装置的出口依次连接化学处理装置13和压缩回收装置。
参考图6，压力监测模块3为气压表或气压传感器，CT气室1通过管路连接三通转换阀4的入口；CT气室1与三通转换阀4的入口之间的管路上设有第一电磁阀2和气压表3。增压阀组包括串联的第三电磁阀5和无油增压泵6；直通阀组包括串联的减压阀7和第二电磁阀8；高真空阀组包括串联的第四电磁阀9和高真空泵10；混合气体分离装置包括串联的第五电磁阀11和分离装置12；压缩回收装置包括串联的第六电磁阀14、压缩机15和存储装置16。
本发明一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其六氟化硫/氮气混合气体分离回收方法，包括以下步骤：首先打开第一电磁阀2，根据压力监测模块3监测到的混合气体压力，通过三通转换阀4选择不同的气路，对不同压力的混合气体进行不同的处理：当混合气体压力P>3bar时，选择直通阀组(打开减压阀7和第二电磁阀8，关闭第三电磁阀5和第四电磁阀9；通过直通阀组的减压阀7将混合气体减压到3bar后送入分离装置12，通过分离装置12内的分子筛吸附材料对混合气体进行分离处理，吸收混合气体中的N2；当压力0.1bar<P<3bar时，选择增压阀组，将混合气体通过无油增压泵6增压至3bar后，送进分离装置12进行处理；当压力P<0.1bar时，表明CT气室1的大部分混合气体已经处理结束，只剩残余气体，用三通转换阀4选择高真空阀组，通过高真空泵10对CT气室1进行抽真空处理，将CT气室抽真空至10-4～10-3mbar，然后将混合气体送入分离装置12进行处理。在分离装置12内，混合气体中的N2分量被装置内的分子筛材料吸附过滤，而SF6分量则无吸附地通过分离装置12。然后混合气体通过化学处理装置13；化学处理装置13对其中可能存在的SF6分解气体，先进行水洗然后进行碱洗，再进行干燥处理，经过过滤处理，最后通过压缩机15将过滤后的气体压缩回收至储存装置16。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用原SF6气体绝缘电流互感器本体，并对其气室瓷瓶承压、防爆膜承压以及二者与混合气体充气压力间的配合关系进行重新校核；
步骤2、将SF6气体绝缘电流互感器中的SF6气体回收；
步骤3、通过混合气体充气装置向SF6气体绝缘电流互感器内部充装所设定比例和压力的SF6/N2混合气体；
步骤1中重新校核使得：防爆膜承压比设定的SF6/N2混合气体压力高0.4Mpa，气室瓷瓶承压为SF6/N2混合气体压力的2.5-3.5倍；
步骤3中充装的SF6/N2混合气体的比例为20％SF6/80％N2，SF6/N2混合气体的压力为0.59MPa-0.53MPa；或者，步骤3中充装的SF6/N2混合气体的比例为30％SF6/70％N2，SF6/N2混合气体的压力为0.54MPa-0.49MPa。
2.根据权利要求1所述的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，步骤2具体包括，用回收装置将原SF6气体绝缘电流互感器内的SF6气体回收，采用真空泵将其内部气压降低到50Pa以下。
3.根据权利要求1所述的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，所述混合气体充气装置包括：SF6进气接口、N2进气接口、监测模块(24)、流量控制阀组(21)、抽真空模块(25)和充气出口；SF6进气接口、N2进气接口、监测模块(24)、抽真空模块(25)和充气出口均与流量控制阀组(21)相连通；流量控制阀组(21)为多通阀；流量控制阀组(21)上设置有S1、S2、S3、S4和S5五个阀门；S1设置在SF6气瓶(22)与SF6进气接口之间，S2设置在N2气瓶(23)与N2进气接口之间，S3设置在监测模块(24)与多通阀之间，S4设置在抽真空模块(25)与多通阀之间，抽真空模块(25)为真空泵，S5设置在充气出口与待充气装置之间。
4.根据权利要求3所述的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，步骤3具体包括：
首先将S5阀门与目标设备电流互感器接头相连，打开阀门S1、S2、S3和S4，关闭阀门S5，打开真空泵，对阀组及管路内残余气体进行抽真空，利用真空表检测真空度；根据充气要求SF6/N2的比例，计算混合气体对应电流互感器额定气压的等值压力，利用温度表检测环境温度，对等值压力进行温度校正，获得校正后的压力；利用分压定律，计算SF6、N2各自分压；打开阀门S1、S3、S5，关闭阀门S2、S4，对电流互感器内部充入SF6，待达到计算分压后，关闭S1，打开S2，对电流互感器内部充入N2至校正后的压力；整个充气过程完毕后，关闭阀门S1-S5。
5.根据权利要求1所述的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，改造后的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器在额定电流下的温升最高不超过80℃。
6.根据权利要求1所述的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，改造后的SF6/N2混合气体绝缘电流互感器的局放水平小于35pC。
7.根据权利要求1所述的一种110kV六氟化硫气体绝缘电流互感器的混合气体改造方法，其特征在于，还包括：
步骤4、通过环保型混合气体分离回收装置将SF6/N2混合气体绝缘电流互感器中的SF6/N2混合气体分离回收；
所述环保型SF6/N2混合气体分离回收装置包括压力监测模块、三通转换阀、直通阀组、增压阀组、高真空阀组、化学处理装置、混合气体分离装置和压缩回收装置；
SF6/N2混合气体气室通过压力监测模块连接三通转换阀的入口，三通转换阀的第一出口通过增压阀组连接混合气体分离装置的入口，三通转换阀的第二出口通过直通阀组连接混合气体分离装置的入口，三通转换阀的第三出口通过高真空阀组连接混合气体分离装置的入口；混合气体分离装置的出口依次连接化学处理装置(13)和压缩回收装置；
压力监测模块(3)为气压表或气压传感器，六氟化硫/氮气混合气体气室通过管路连接三通转换阀(4)的入口；CT气室(1)与三通转换阀(4)的入口之间的管路上设有第一电磁阀(2)和气压表(3)；增压阀组包括串联的第三电磁阀(5)和无油增压泵(6)；直通阀组包括串联的减压阀(7)和第二电磁阀(8)；高真空阀组包括串联的第四电磁阀(9)和高真空泵(10)；混合气体分离装置包括串联的第五电磁阀(11)和分离装置(12)；压缩回收装置包括串联的第六电磁阀(14)、压缩机(15)和存储装置(16)。
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