SF6设备检测用小型尾气回收装置研制及应用

SF6气体具有优良的灭弧性能、绝缘性能以及化学性能稳定和无毒性等突出优点，被广泛应用于各种低压、中压和高压电气设备中[1-4]。随着SF6电气设备运行年限的增加，SF6电气设备的运行维护的重要性开始逐步体现。SF6设备中气体分解物检测、SF6纯度检测和SF6湿度检测已纳入预防性试验和检修性试验范围，并制定了相应的试验、分析和判断方法对设备运行状态进行评估[5-8]。

由于SF6的温室效应潜在值GWP(global warming potential)是CO2的23 900倍，而且SF6在大气中的降解速度非常缓慢，大约需要3 200年，所以1997年签订的《京都议定书》中已将SF6气体列为六种限制性使用的温室气体之一。统计资料表明，在SF6应用领域中，电力工业的SF6排放是全球最大的SF6排放源类别[9-11]。我国电力工业的SF6排放量占总排放量的70%(其中包括气体泄漏、设备维修和退役)，电网对于SF6设备外排非常重视，设备的气体泄漏通过红外等手段进行检漏并进行设备维修保证不外排，设备更换和退役等产生的SF6气体按照标准要求进行了回收，实现大修技改项目SF6气体零排放[12-16]。然而，现场预防性试验和检查性试验会外排少量的SF6气体[17]，由于设备总量大，同样会对环境造成不利影响，因此，有必要研发一种可实现SF6气体检测零排放的现场SF6电气设备气体检测用小型尾气回收装置。

1 尾气回收装置原理

SF6尾气回收装置主要是通过控制电路使得缓冲气室的压力接近常压，保证了检测仪器的精度。尾气回收装置原理框图如图1所示。

图1 SF6检测用尾气回收装置结构图 Fig.1 Structure of SF6 detection exhaust gas recovery device

从图1可知，SF6检测仪器的排气端连接自封型快速连接接头的入口端。其中自封型快速接头采用世伟洛克快速接头， 该接头在没有连接外部设备时中国南方电网公司科技项目：《环境友好新型绝缘气体理化、绝缘性能、应用技术研究及工程示范(1期)之课题2：贵州电网新型绝缘气体应用可行性研究》，项目编号：GZKJXM20170673。

处于自封状态。

④网架散件组装将网架散件吊运至脚手平台上，均匀地滩铺，控制网架材料均匀铺荷转小于1kNm。仔细核对施工图纸，按照设计要求，进行组装。临时支点设置在临时支点的支的时候，以千斤顶为主要的设备，对数量、位置和高度要进行统一的安排，确保支点下部及时的加固，防止支点受到施工因素的影响发生下沉现象。做好对注定的抽线和中心线的放样和施工，并且采用水准仪进行检查。再复测各柱网间的几何尺寸及标高，结合设计要求进行确认，确认各个施工点都达到设计要求之后进行加固，加固焊接固定法。

剩余的气体通过隔膜加压泵打压通过单向阀进入二级缓存气室。当二级缓存气室内部压力达到1MPa时。压力传感器通过AD采样器传送二级缓存气室的压力信号给 MCU，从而通知MCU内部压力已经达到允许的极限值，超出能承受的极限压力，此时，需要释放二级缓存气室的压力，回收装置停止工作。

鲁迅言“在梁有十五卷，录一卷。至隋佚二卷。唐世复出，而失其录”[4]15，但浮出者并非就是梁时所有，而隋时已亡之二卷。陆心源皕宋楼藏钞本跋云：“新旧唐志并作十五卷，疑非其实”。戴明扬按语中认为“此十五卷，或并《左传音》《圣贤高士传》《嵇荀录》及他家赠答诗文，合为一编者。”[5]339。

该装置适用于现场SF6气体分解物检测、SF6湿度检测和SF6气体纯度检测，对检测过程中产生的尾气进行回收，实现SF6气体检测尾气零排放。

2 尾气回收装置设计

2.1 尾气回收装置硬件设计

分别选择注塑温度180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃，使用PP材料注塑100 mm×100 mm×3 mm的试验样板若干。将制作好的样板在标准实验室(湿度：53%，温度：23℃)中自然放置3天，然后测试气味、VOC。

4.执法人员的综合素养有待提高。作为落实“谁执法谁普法”责任制的直接责任人，执法人员的专业素质和法治素养直接决定了“谁执法谁普法”的工作实效。落实“谁执法谁普法”责任制，对一线的执法人员提出了更高的要求，不仅专业要过硬，更要有良好的法治素养。调研中发现，部分执法人员专业业务过硬，但法治素养较弱，运用法治思维与法治方式解决问题的能力还不够强，在面对群众释法说理上存在一定的短板。

图2 尾气回收装置硬件控制电路设计框图 Fig.2 Hardware control circuit design of SF6 detectionexhaust gas recovery device

尾气回收装置控制部分以DSP核心控制芯片为核心，外围扩展DA、AD芯片、串口以及I/O控制口，其中DA芯片输出的模拟信号通过功率放大控制电磁调节阀的开启状态，AD采样芯片通过采集压力传感器和差压传感器的信号进行软件分析，显示交互界面通过串口与控制器进行交互。

生态文化是生态文明建设的核心和灵魂。在城市绿化建设中，依托自然资源和文化底蕴，深入挖掘高原丰厚的人文历史资源，旅游文化、宗教文化、民俗风情、河湟文化及独特的生态自然特点和动植物等生态文化资源，发挥这些繁荣的载体优势，引导市民牢固树立人与自然和谐的理念，更加自觉的弘扬生态文化、建设生态文明、推动科学发展。进一步丰富生态文化内涵，切实提高林业促进绿色增长的能力和水平。把绿色发展转化为城市的品牌魅力和竞争新优势，进一步提升林业促进绿色增长的能力和水平，打造独具西宁高原特色的生态文化体系。

2.2 尾气回收装置软件设计

AD采样一级缓存气室与常压大气压之间的差压P1及二级缓存气室的气压P2，数字IO口控制一级缓存气室与二级缓存气室之间气泵，将一级缓存气室气体泵入二级缓存气室，DA输出控制的电磁阀开合大小实现流量控制。由于不能影响SF6测试仪器的正常流量，因此P1控制在-300 Pa ～ 450 Pa之间。二级缓存气室压力设计范围为0.1 MPa ～ 1 MPa，当超过0.8 MPa提醒报警。

图3 DSP控制板功能图 Fig.3 Control board function chart of DSP

系统软件主要分为控制板软件和显示屏软件。下位机控制板通过DSP程序进行装置的控制，DSP控制板功能如图3所示，由电源处理部分，CPU的外设有外部flash和串口232。通过数据总线控制CPLD逻辑单元方式，实现AD采样和DA输出，同时采用光耦隔离方式实现开关量输出，控制继电器。

该装置硬件设计如图2所示。

程序控制流程如图4所示，工作人员接好外部管线后启动装置，装置将自动采样P1和P2，并P1的值进行启停气泵操作。

图4 程序控制流程图 Fig.4 Program control flow chart

人机交互选用迪文DMT10768T08触摸屏进行显示功能的开发，迪文DMT10768T08显示屏主要由以下功能：串口命令调试，变量录入，弹出菜单，增量调节，滑块拖动调节，按键值返回，基本触控，ASCLL文本录入，GBK文本录入，变量图标显示，动画图标显示，数据变量显示，文本显示，曲线显示。各功能已经验证并能实现效果，如图5所示，满足该装置显示功能方面的需求。

图5 装置人机交互界面 Fig.5 Man-manchine interface of device

2.3 压力表校准

为了保证装置的安全性能，在装置面板上安装了压力表，可直接显示二级缓存气室的压力，该压力表值与装置内部压力传感器数据同步。为了保证压力表的准确性，采用机械压力表校对压力传感器。通过加压泵加压使二级缓存气室压力达到1 MPa，通过释放压力读取传感器数值，获得机械压力表压力值和压力传感器电压值如表1所示，并根据所得数据采用最小二乘法进行数据拟合，最终得到压力校准曲线，如图6所示。

表1 压力校准 Tab.1 Pressure calibration

机械表压力值/(MPa)压力传感器读数/V1485084020630204202020980001

图6 压力校准曲线 Fig.6 Pressure calibration curve

从图6可以看出，压力传感器和压力表测试数据线性关系良好，可准确显示缓冲气室的压力，保证对检测用气体的安全回收。

整个控制系统通过采集差压传感器的信号判断一级缓存气室是否有气体进入，当气体进入后一级缓存气室压力逐级增加，当气室内压力高于大气压50 Pa时，DSP控制加压泵启动，同时打开电磁调节阀门，一级缓存气室的气体通过加压泵打入二级缓存气室，当一级缓存气室差压信号达到-50 Pa时，泵停止工作，关闭电磁调节阀。当二级缓存气室压力达到1MPa时，系统不能再进行工作，提示进行尾气回收。

3 变电站应用

根据设计研制成功的SF6尾气回收装置如图7所示。

将储存气瓶连接自封型快速连接接头，同时打开球阀，释放二级缓存气室的内部气体进入空气瓶。直至二级缓存气室压力恢复到1个大气压。

在进行气体检测时，检测仪器尾气通过快速接头流入一级缓存气室，该一级缓存气室正常情况下保持常压，随着气体的流入，一级缓存气室的内部压力不断增加。差压传感器主要检测一级缓存气室内部压力和外部大气压之间的压力差。当一级缓存气室内部压力增加时差压传感器将差压信号通过AD采样器采样后送入微控制单元(MCU)。MCU判断差压信号大于50 Pa时，MCU控制隔膜加压泵开启。同时控制比例调节阀开启程度。这时 MCU根据差压传感器的信号动态控制比例调节阀的开启程度，使得一级缓存气室内部压力始终保持在一个大气压正负50 Pa的范围内，从而保证不对SF6气体测试的准确性产生影响。

图7 便携式SF6尾气回收装置实物图 Fig.7 Portable SF6 exhaust gas recovery device

研制的便携式SF6尾气回收装置缓存气室可储存2 L SF6气体，与现场SF6电气设备气体检测仪在现场检测时进行配合回收，至少可回收15次检测排出的尾气，启动尾气注入气瓶进行储存，气瓶储存量为5 L，可满足现场检测35次设备检测的要求，气瓶储存满容量后，直接更换新气瓶就可再次去现场进行检测用SF6气体回收。

该装置已经在都匀供电局110 kV和 220 kV电压等级变电站预防性试验实现了应用，分别与SF6气体分解物检测仪、SF6纯度检测仪和SF6露点检测仪进行连接，在检测仪器开展设备预防性试验的同时，该装置回收检测用的尾气，现场试验效果表明，该装置能与现场SF6气体检测仪器配套使用，不影响仪器的检测精度和检测结果，应用效果良好[18]。

知识源于生活，寓于生活，用于生活。只有在教学中注入生活的内容和时代的“活水”，做到用生活教育，才能彰显出德育的魅力，才能体验出德育强大的生命力！

4 结论

本文研制的便携式SF6尾气回收装置具有以下特点：

样品B:乳状液通过单杆螺旋挤压设备,向液氮冷却的不锈钢平板上挤压。当挤压液接触不锈钢平板时,乳液瞬间冷凝硬化。乳化液厚度不超过1 cm,在-4 ℃下预冷2 h; 然后将预冷冻样品放入真空冷冻干燥机内,在-54 ℃、45 kPa条件下真空冷冻干燥24 h,对干燥后的产物研磨处理,得到复方精油微胶囊。

(1)装置具有便携功能，人机交互界面美观实用，可在现场与多种SF6气体检测仪器配套使用，包含SF6气体分解物检测仪、SF6纯度检测仪和SF6露点检测仪(SF6湿度检测仪)。

(2)装置容量大，可满足现场检测30次以上设备检测，换装储存气瓶便利，适用于现场多次检测回收。

(3)装置采用差压传感器检测一级缓存气室内部压力和外部大气压之间的压力差，通过MCU自动控制缓存气室压力，保证了检测仪器在检测设备内容SF6气体数据的准确性。

(4)研制的尾气回收装置已在现场应用，满足现场检测回收要求，确保了SF6气体检测零排放，具有环保效应。

参考文献：

[1] The European Standard EN 60480:2004 has the status of a British Standard.Guidelines for the checking and treatment of sulfur hexafluoride (SF6) taken from electrical equipment and specification for its re-use[S].British Standard, 2004.

[2] TANG Ju, LIU Fan, ZHANG Xiaoxing.Partial discharge recognition through an analysis of SF6 decomposition products Part 1 Decomposition characteristics of SF6 under four different partial discharges[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2012，19(01)：27-36.

[3] ZHANG Xiaoxing, LIU Wangting, TANG Ju.Study on PD detection in SF6 using multi-wall carbon nano tube films sensor[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2010, 17(03): 838-844.

[4] TANG Ju, ZENG Fuping, ZHANG Xiaoxing, et al.Influence regularity of trace O2 on SF6 decomposition characteristics and its mathematical amendment under partial discharge[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2014, 21(01): 105-115.

[5] 李军卫，张英，余鹏程，等.SF6分解物在断路器潜伏性故障诊断中的应用[J].贵州电力技术,2015,18(12):25-27.

LI Junwei, ZHANG Ying, YU Pengcheng, et al.Application of SF6 decomposition in the latent fault diagnosis of the circuit breaker[J].Guizhou Electric Power Technology,2015,18(12):25-27.

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.高压开关设备和控制设备中六氟化硫(SF6)的使用和处理：GB/T 28537-2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[7] DERVOS CONSTANTINE T, VASSILIOU PANAYOTA.Sulfur hexafluoride (SF6): Global environmental effect and toxic byproduct formation[J].Journal of Air and Waste Manage Association, 2000, 50(01): 137-141.

[8] 沈燕.强温室气体SF6、SF5CF3与CF4的等离子降解与光降解过程研究[D].上海：复旦大学, 2008.

[9] 汪沨, 邱毓昌, 张乔根.六氟化硫混合气体绝缘的发展方向[J].绝缘材料, 2002, 35(05): 31-34.

WANG Feng, QIU Yuchang, ZHANG Qiaogen.Recent development of the research on SF6 gas mixture insulation[J].Insulating Materials,2002,35(05):31-34.

[10] HUANG Li, DONG Wenbo, ZHANG Renxi, et al.Investigation of a new approach to decompose two potent greenhouse gases: phot reduction of SF6 and SF5CF3 in the presence of acetone[J].Chemosphere, 2007, 66(05): 833-840.

[11] 高树国，郑爱全，耿江海，等.应用激光成像技术检测SF6电气设备气体泄漏[J].高压电器，2010, 46(03): 103-105.

GAO Shuguo, ZHENG Aiquan, GEN Jianghai, et al.Application of laser imaging technology to detection of SF6 leakage in electric equipment[J].High Voltage Apparetus,2010,46(03):103-105.

[12] 张英，余鹏程，李军卫，等.贵州电网SF6设备漏气缺陷分析及管理措施[J].高压电器，2015，51(09) ：200-204.

ZHANG Ying, YU Pengcheng, LI Junwei, et al.Discussion of leakage analysis and management measures to electrical equipment leakage in Guizhou Power Grid[J].High Voltage Apparetus,2015,51(09):200-204.

[13] 国家能源局.六氟化硫电气设备分解产物试验方法：DL/T1205-2013[S].北京：中国电力出版社，2013.

[14] 国家能源局.六氟化硫电气设备故障气体分析和判断方法：DL/T1359-2014[S].北京：中国电力出版社，2015.

[15] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会。六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则：GB8905-2012[S].北京：中国标准出版社，2013.

[16] 国家能源局，全国电气化学标准化技术委员会.六氟化硫电气设备气体监督导则：DL/T 595-2016[S].北京：中国电力出版社，2016.

[17] 中国南方电网有限责任公司，中国南方电网有限责任公司标准化委员会.电力设备预防性试验规程：Q/CSG114002-2011[S].广州，2011.

[18] 李臻，周舟，龚尚昆，等.SF6分解特性及分解产物检测方法研究进展[J].广东电力，2016，29 (05)：67-76.

LI Zhen,ZHOU Zhou,GONG Shangkun,et al.Research development of detevtion method for SF6 decomposition characteristic and decomposition products[J].Guangdong Electric Power,2016,29(05):67-76.