在電力工業(yè)中,SF6是一種重要的介質(zhì),它用作封閉式、高壓開關(guān)的滅弧和絕緣氣體。SF6氣體的**性能實(shí)現(xiàn)了裝置經(jīng)濟(jì)化、低維護(hù)化的操作。目前,作為絕緣和滅弧介質(zhì),還沒有其他技術(shù)能從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的角度超過SF6氣體。
SF6氣體已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備中。從應(yīng)用來看,SF6斷路器和GIS是最主要的領(lǐng)域,已基本代替126kV及以上電壓等級的油斷路器。很明顯,SF6氣體替代絕緣油作為滅弧和絕緣介質(zhì)是發(fā)展的必然趨勢。
隨著國內(nèi)SF6電氣設(shè)備深入廣泛的應(yīng)用,SF6氣體的用量越來越大。由于SF6氣體價(jià)格昂貴,而且當(dāng)SF6氣體中含水分時(shí)會(huì)對電氣設(shè)備造成以下危害:
(1)在水分存在下,SF6分解產(chǎn)物發(fā)生水解反應(yīng),阻礙了SF6分解產(chǎn)物的復(fù)合,降低了SF6的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度,從而降低設(shè)備的絕緣特性;
(2)加劇了低氟化物水解和金屬氟化物的分解。生成的氟化亞硫酸和氫氟酸有劇毒,對人體有很大的危害,還會(huì)腐蝕電極和絕緣材料;
(3)在設(shè)備內(nèi)結(jié)露。由于氣體中的水分以水蒸氣的形式存在,當(dāng)溫度降低時(shí),可能在設(shè)備內(nèi)部結(jié)露,附著在設(shè)備表面如電極、絕緣子表面等,容易產(chǎn)生沿面放電(閃絡(luò))而引起事故。
(4)氟化亞硫酸和氫氟酸如被放入大氣后會(huì)污染環(huán)境。
所以SF6電氣設(shè)備在生產(chǎn)制造及檢修時(shí)應(yīng)對SF6氣體進(jìn)行回收及凈化,及時(shí)去除SF6氣體中的水分及分解產(chǎn)物。
SF6氣體回收充氣裝置因此應(yīng)運(yùn)而生,成為SF6電氣設(shè)備用戶及SF6電氣設(shè)備制造商生產(chǎn)、檢修及配套的必備設(shè)備。
目前,國內(nèi)現(xiàn)有SF6氣體回收充氣裝置的種類規(guī)格繁多,按制造地可分為進(jìn)口與國產(chǎn)兩種,按回收儲(chǔ)存原理可分為高壓液化法及冷凍液化法兩種,按回收系統(tǒng)是否有油可分為無泊回收及有油田收兩種,同時(shí)同一制造商又提供多種產(chǎn)品來滿足用戶需求,總的規(guī)格型號已達(dá)40多種。附表一列出各主要制造商在國內(nèi)的代表產(chǎn)品的性能特點(diǎn)。
為了更好地理解SF6氣體回收充氣裝置的工作原理,這里先介紹一下SF6氣體的物理特性。
SF6在常溫常壓條件下為氣態(tài),溫度降低后在一定的壓力作用下較易液化為液態(tài)。當(dāng)環(huán)境溫度升高后,其對應(yīng)的液化壓力相應(yīng)升高,成為不易液化的氣體。當(dāng)溫度超過SF6的臨界溫度45.55℃時(shí),就元法使其液化。SF6氣體為惰性氣體,與油不相溶,所以可以比較容易地分離出所混入的油分。采用國際先進(jìn)技術(shù),濾油水平已達(dá)到與無油系統(tǒng)相娘美的程度,可以相當(dāng)徹底地清除油分。
目前,在國際上SF6氣體回收充氣裝置的回收儲(chǔ)存原理主要有兩種,**種采用冷凍液化法原理:即在SF6氣體回收的過程中,在一定的SF6氣體壓力下,利用制冷機(jī)組使SF6氣體溫度降低至該壓力下的飽和蒸汽溫度,SF6氣體開始液化為液體,并以液體形式進(jìn)行儲(chǔ)存,優(yōu)點(diǎn)是回收速度快、液化速度快;第二種采用高壓液化法原理,即在SF6氣體回收的過程中,在當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度下,利用壓縮機(jī)將SF6氣體壓力提高至該溫度下的飽和蒸汽壓力,SF6氣體開始轉(zhuǎn)化為液體,并以液體形式進(jìn)行儲(chǔ)存。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單,缺點(diǎn)是系統(tǒng)工作壓力高,回收效率低,當(dāng)SF6氣體溫度(SF6氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后溫度可達(dá)到80℃以上)超過臨界溫度45.55℃時(shí),就無法使 其液化,此時(shí)高溫高壓的SF6氣體只能經(jīng)過一段時(shí)間后待其溫度降至臨界溫度以下時(shí)才能轉(zhuǎn)化為液體。
在回收系統(tǒng)上采用有油或無油系統(tǒng),至于孰優(yōu)孰劣,也存在著一定的爭議。
無油系統(tǒng)理論上可以做到SF6氣體達(dá)到100%不與油接觸,稱為全元油(Oil-free),如國內(nèi)使用的膜式壓縮機(jī)。這種回收裝置的體積大,回收效率低,維修工作量大。這樣就出現(xiàn)了第二種無油系統(tǒng),回收裝置的主機(jī)-SF6氣體壓縮機(jī)為油脂潤滑的活塞式壓縮機(jī),如與SF6直接接觸的活塞環(huán)等采用自潤滑材料,只是曲軸箱中的曲軸、曲柄銷,活塞部位的活塞銷等轉(zhuǎn)動(dòng)部件采用油脂潤滑(曲軸箱內(nèi)無潤滑油),稱為無油(Oil-less),準(zhǔn)確地應(yīng)稱之為少油。長期使用,理論上有微量油脂蒸汽混入SF6,實(shí)踐中該微量油脂蒸汽對Sf6未造成多少影響。此類壓縮機(jī)制造工藝要求高,多為進(jìn)口壓縮機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是體積小,重量輕,缺點(diǎn)是價(jià)格高,因?yàn)闊o油,使用壽命與有油壓 縮機(jī)相比大打折扣。
一般此類壓縮機(jī)的活塞環(huán)壽命為500小時(shí)。使用有油系統(tǒng)的回收裝置,優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長,耐用。缺點(diǎn)是,需增加一套油過濾系統(tǒng),比較復(fù)雜,且油過濾系統(tǒng)需設(shè)計(jì)合理,確保干凈徹底地清除油分。
下面概述一下進(jìn)口的各種回收裝置的性能特點(diǎn):
日本KAJI
使用量不大,多在SF6電氣制造廠使用。采用冷凍液化法,有油系統(tǒng)。用戶反應(yīng),可靠性高,耐用。
美國LIMCO
電力系統(tǒng)使用,僅幾臺(tái)。采用冷凍液化法,有油系統(tǒng)。用戶反應(yīng)回收速度快、液化速度快,效率高。
德國SIEMENS
電力系統(tǒng)使用,數(shù)量不多,有油系統(tǒng),氣態(tài)儲(chǔ)存。
德國DILO
進(jìn)口回收裝置中使用量**,SF6電氣制造廠及電力系統(tǒng)均使用。采用高壓液化法, 無油回收系統(tǒng)。
瑞士MICAFIL
SF6電氣制造廠及電力系統(tǒng)均使用,采用冷凍液化法,無油回收系統(tǒng)。產(chǎn)品為十年前老產(chǎn)品,近幾年該公司已停產(chǎn)回收裝置。
加拿大ENERVAC
GRU-4型僅在電力系統(tǒng)使用,僅適用于小型SF6斷路器。體積小重量輕,但回收速度慢。采用高壓液化法,少油回收系統(tǒng)。
美國CRYQUIPT
最近幾年進(jìn)入國內(nèi)市場。電力系統(tǒng)使用,適用于小型SF6斷路器。體積較小,重量較輕,但回收速度慢。采用高壓液化法,元油回收系統(tǒng)。
下面簡述一下國產(chǎn)回收裝置的性能特點(diǎn):
SF6電氣制造廠及電力系統(tǒng)均有使用,采用高壓液化法,無油回收系統(tǒng)。主機(jī)與儲(chǔ)存容器為分體式。
優(yōu)點(diǎn):全無油,缺點(diǎn):體積大,噪聲大,回收效率低,維修工作量大。
我公司的sf6回收裝置
SF6電氣制造廠及電力系統(tǒng)均使用,采用冷凍液化法,有油回收系統(tǒng)。系統(tǒng)配置真空壓縮機(jī),到0表壓以下時(shí)自動(dòng)串聯(lián)運(yùn)行,SF6回收殘壓小于1000Pa,最低至300Pa,回收率高達(dá)99.95%。
下面著重介紹一下高壓液化法與冷凍液化法的優(yōu)缺點(diǎn)。
采用高壓液化法原理的國外代表廠商德國DILO公司,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡潔,操作簡單。在環(huán)境溫度較低的季節(jié),其設(shè)備性能可以得到較好的發(fā)揮,可以直接將SF6氣體打人鋼瓶后液化儲(chǔ)存。但到了環(huán)境溫度較高的夏季,其設(shè)備性能急劇下降,打人鋼瓶內(nèi)的SF6氣體成為滾燙的氣體(SF6壓縮機(jī)排氣溫度可達(dá)到100℃)。當(dāng)SF6氣體壓力達(dá)5.5Mpa時(shí),其設(shè)備就無法工作。隨著使用時(shí)間的延長,一般在使用500小時(shí)后,也就是前面所講的第二種無油系統(tǒng),壓縮機(jī)活塞環(huán)由于磨損等原因,整機(jī)性能下降,最高排氣壓力也隨之下降,SF6氣體液化會(huì)變得比較困難。
為了在炎熱的夏季能夠?qū)F6氣體快速液化,提高SF6氣體的回收速度,在國內(nèi)以我公司為代表的廠商采用冷凍液化法,降低了SF6氣體在回收過程中的工作壓力,大大提高了工作效率。例如:在夏季,環(huán)境溫度為36℃的室外,此時(shí)SF6的液化壓力為3.OMpa(絕對壓力)。采用冷凍液化法,可將SF6的液化溫度降低為攝氏10℃,此時(shí)SF6對應(yīng)的液化壓力為1.65Mpa,從而降低了系統(tǒng)工作壓力,提高了回收效率。
只是在將已液化的SF6液體充灌入鋼瓶過程中出現(xiàn)了難題。攝氏10℃的SF6液體(壓力為1.65Mpa)充灌入攝氏36℃的鋼瓶,遇高溫后部分SF6液體迅速汽化,鋼瓶內(nèi)SF6壓力上升,當(dāng)壓力平衡后SF6液體再也無法進(jìn)入鋼瓶。
目前采用冷凍液化法原理的國外代表廠商美國LIMCO、瑞士MICAFIL、日本KAJI等均遇到這一難題,無法解決。
我公司在此方面對工作系統(tǒng)原理進(jìn)行了改進(jìn),采用了獨(dú)到的雙容器系統(tǒng),高背壓灌鋼瓶原理,準(zhǔn)備工作完成后,甚至在5~8min內(nèi)可將標(biāo)準(zhǔn)SF6鋼瓶灌裝至5Okg。簡單地說就是用高溫高壓的氣態(tài)SF6向低溫低壓的液態(tài)SF6加壓,強(qiáng)制液態(tài)SF6進(jìn)入鋼瓶。另外,還可以使用增壓泵,直接將液態(tài)SF6打入鋼瓶。
SF6回收裝置的發(fā)展趨勢:
小型化發(fā)展
代表為加拿大ENERVAC公司的GRU-4。只是適用于小型斷路器。結(jié)構(gòu)緊湊,移動(dòng)方便。目前,我公司也將推出重量小于100kg的回收裝置。
多樣化發(fā)展
根據(jù)用戶不同需求,制造出的回收裝置強(qiáng)化某一專項(xiàng)功能,如除水分、除油分、除酸、除雜質(zhì)、灌鋼瓶等。
積木式
代表為德國DILO公司。抽真空單元、過濾器單元、真空壓縮機(jī)單元、SF6壓縮機(jī)單元、儲(chǔ)存容器單元等,各自即可獨(dú)立使用,又可根據(jù)需要相互連接,以滿足不同的需求。
