压缩保护装置附加流程及安全附件设计

　　SF6气体是一种性能优良的特种气体。自从它被合成以来，在电力行业上的应用规模和范围越来越大。近年来，我国电力工业保持快速发展势头，给输配电设备制造业创造了巨大的市场需求。断路器是高压电路上的开关，是输配电必不可少的设备。

　　在众多类型断路器产品中，*值得人们关注的就是SF6气体断路器。该断路器具有容纳的短路电流大、开断时间短、工作性能稳定、价格便宜等特点。近年来的统计数据表明， SF6气体断路器在断路器市场上所占份额正在稳步增长。SF6气体不但应用于断路器，也可应用于其它可能产生大短路电流的地方，如变压器、环网供电单元等。

　　由于SF6气体的大规模使用，其维护问题也越来越受到人们的重视。在对SF6气体设备的维护中， SF6气体的处理和检测是*重要、也是*让众多的工程师为难的事。常温常压下SF6气体为无色、无味、无臭、无毒的不可燃气体。但是SF6气体在金属过热时会分解出一种SF4的剧毒物质。在有水存在的时候， SF4又会进一步与水发生反应生成HF和硫酸等剧毒及腐蚀性极强的物质。如果处理不当会加速设备的老化而造成不可估量的经济损失，严重时会给操作人员带来致命的危险。SF6气体是一种温室气体，如果大量排入空气会对环境造成严重的污染。SF6气体一个分子对温室效应的影响为CO 2分子的25 000倍，同时，排放在大气中的SF6气体寿命特长，约3 400 a.全球每年排放到大气中的CO 2气体约2 1 10 10 t，而每年排放到大气中的SF6气体相当于1 25 10 8 t CO 2气体。

　　为了保障SF6断路器设备的正常运行，保障设备维护人员的安全，减少SF6气体对大气的污染，SF6气体处理和回收装置的开发和研究一直受到人们的极大关注。本文从综合处理的角度出发，在国外研究的基础上，探讨了SF6断路器的气体回收、填充、干燥、换气、补气的各种工艺，并设计了一套SF6气体回收和处理装置。

　　1装置使用的工艺条件1. 1应满足的工艺条件*低真空度0 1 kPa储罐压力5 M Pa（液态） / 2 5 M Pa（气态）系统*大压力6 M Pa断路器充SF6气体0 25 0 35 M Pa外界环境压力0 1 M Pa含水量< - 50的露点1. 2主要工艺过程a）用空气填充气室在SF6气体从断路器中全部抽出后，将空气充入断路器内，以便打开维修或维护。

　　b）气室抽真空在将SF6气体充入断路器之前，需要将断路器内的全部空气抽出。

　　c）向气室填充SF6气体断路器维护或维修完成后，将SF6气体重新充回到断路器中。

　　d） SF6气体的移出在对断路器进行维护或维修前，将断路器内的SF6气体抽出。

　　e）整个装置抽真空装置在工作之前，需要将所有管路抽真空。

　　f）运输前处理回收装置在进行运输前，需要做一些准备工作以保证运输安全。

　　g）从自带储罐填充外部气瓶为了方便回收工作，回收装置自带一个储罐，当储罐满时，须将储罐内的气体转移到气瓶中保存。

　　h）设备更换后部分管路抽真空在对回收装置进行维修之后，需要将装置中的部分管路抽真空。

　　2主要过程设计2. 1从气室抽取SF6气体当要对气室进行维修或维护时，应先将气室内的SF6气体全部抽出（在流程中，当气室内的压力低于0 1 kPa后，则认为气室内的气体已全部抽出）。应由1台真空压缩机或真空泵来完成，但是为了存放方便，选用真空压缩机，并且其*低抽真空压力应为0 1 kPa.

　　抽出来的SF6气体一般保存在经过特殊处理的储罐或气瓶中。但是储罐或气瓶内的压力一般都比较高，应设置了1台压缩机，将由真空压缩机抽出的气体压缩后再装入其中。

　　由于压缩机是将来自真空压缩机压缩后的气体再压缩，为了储罐或气瓶中保存SF6的方便，一般将SF6气体液化后再装入。SF6在常温下的液化压力为3 8 M Pa.因此需要压缩机能提供大于3 8 M Pa的压力。为了确保在室温较高时整个流程仍能正常工作，我们采用排出压力为5 MPa的压缩机来压缩气体。SF6气体保存时，应先将其干燥并过滤掉气体中的杂质，防止在长期储存过程中气体变质。这就要在压缩机的下游（储罐或气瓶的上游）安装1套过滤干燥装置。

　　2. 2向气室中充入SF6气体气室中填充的SF6气体压力一般为0 6 0 8 M Pa，设计选用的压缩机排出压力为5 M Pa，远大于填充压力。可以用压缩机进行填充，但是必须在压缩机的下游安装可调减压阀，以保证气室的填充压力为0 6 0 8 M Pa.气室内的高温高压会使有水分的SF6气体进行反应，生成有毒有腐蚀性的物质，所以在将气体充入气室前，必须对其进行干燥过滤处理。

　　填充气体来源于储罐或气瓶中，为了保证进入压缩机的气体中不含液态SF6气体，则需要在压缩机的上游增加一个蒸发器，让经过的气体全部气化，去掉水分。

　　2. 3向气室中充入空气向气室中充入空气时，只需要将气室与大气相通即可。但是，为了保证流程内部器件不受杂质影响，在与空气连通的地方，加1个空气过滤器。

　　2. 4将气室中的空气抽出将空气抽出需安装真空泵，仍按气压低于0 1 kPa后为真空，则在流程中应设置1台*低压力为0. 1 kPa的真空泵。

　　2. 5流程实现通过以上分析设计，得到了如所示的综合流程。

　　当K 1， K 2， K 4打开时，形成的气路为对气室内的SF6气体抽真空；当K 3， K 4， K 5打开时，形成的气路为向气室中充入SF6气体；当K 3打开时，形成的气路为向气室中充入空气；当K5打开时，形成的气路为对气室空气抽真空。其中，压缩机的进口压力应小于真空压缩机出口压力，真空压缩机与真空泵的*低抽真空压力为0 1 kPa，减压阀为可调减压阀。

　　3附加流程及安全附件设计3. 1压缩机的保护为了防止压缩机的进口压力过高，需要在其上游安装一个减压阀来保证进口的压力。但是，当来压过高时，通过减压阀又会降低机器的工作效率。

　　为此，我们在减压阀的上游与压缩机的出口之间，增加一个单向旁路。当来压高于压缩机的出口压力时，气体可以通过旁路流动；当来压低于压缩机出口压力时，则通过压缩机来提升压力。

　　3. 2增加保护溢流阀由于机器内部开关、接口较多，当其中任何一个部件发生堵塞时，都会在设备内部形成一个高压区。为了平衡这个可能出现的高压，在设备的高压管线段与储气管线之间增加1个带溢流阀的通路。当设备内部出现高压时，溢流阀打开，经通路释放回储罐（低压区）。

　　3. 3真空压缩机的保护真空压缩机同样也需要防止其进口压力过高，但是方法却与压缩机不同。我们在真空压缩机的进口处安装一个开关，并把开关前的管路与真空压缩机后的管路用一个单向旁路相连，在旁路中安装压力传感器来控制开关的开启。当来压过高时，开关关闭；当来压低于真空压缩机的进口*高压力后，开关打开，真空压缩机开始工作。

　　3. 4添加充气管路为了将储罐内的气体保存到气瓶中去，就需要一个专门的管路来进行气瓶填充的工作。气瓶中压力通常需要由压缩机提供，因此，充气接口应该在设备的高压管路中。鉴于气体在储罐中存放一段时间后可能不纯，接口*好设置在过滤单元之后，干燥纯净的气体充入气瓶后能长久地保存。

　　3. 5整机的安全保障若机器出现异常，需要安全阀来保证机器的安全。安全阀的设定开启压力应高于机器的*高工作压力。

　　4电控部分的设计流程的实现是通过开关的开启和关闭而形成不同的回路，从而进行不同的流程操作。因此，所有的开关都应具有电控功能，整机的控制由PLC来统一控制。

　　此外，在PLC中还可以对机器中的设备工作时间进行累计，在达到维护时间时，提醒操作者进行维护。同时，还可以提供流量统计，剩余时间计算等辅助性的功能。在机器中并不是每台设备都由PLC控制，如真空压缩机前的开关，则由其旁路上的压力传感器来控制。

　　5装置的总体设计通过以上的设计分析，得到如所示的设备示意。

　　6结语设计的目标是以*少的结构实现尽可能多的操作流程，使设备的集成性更好、运行更稳定。我们在每一个有可能出现危险的地方都设置了安全保护装置，使设备更加安全。同时， PLC的应用使本机操作更加简便，既保证机器运行效率，又兼顾了系统的安全性。希望在实际中对SF6气体的处理能有一定的帮助，并在相关行业中得到推广应用。