11年推荐：青岛-新型SF6钢瓶加温仪的研制

新型SF6钢瓶加温仪的研制

青岛供电公司修验工区“五月的风”QC 小组

一、小组概况

表1：小 组 概 况 表

小组名称 五月的风 成立日期 1997.4 发 布 人 朱郯博 所在部门 修验工区 课题类型 创新型 组 长 高 波 注 册 号 QC/QD-XY01 登记日期 2010.2.8 成员人数 11 TQC 教育 学习情况

人均TQC 教育达48学时 活动时间 2010.2～8 活动次数 18 姓 名 年龄 性别 文化程度 职务及职称 小组职务 组内分工 高 波 33 男 本 科 工区副主任/高工 组 长 管理协调 牟 磊 30 男 本 科 工区一次专工 副组长 指导推进 孙振勇 48 男 中 专 班长/高级技师 成 员 方案主持 刘 靖 36 男 本 科 副班长/技师

成 员 信息反馈 朱郯博 22 男 本 科 助工 成 员 方案设计 李 峰 26 男 本 科 技术员/助工

成 员 资料收集 李鸣青 35 女 本 科 技师 成 员 课题实施 于海涛 41 男 中 专 技师 成 员 课题实施 秦继乙 42 男 中 专 技师 成 员 课题实施 邢文峰 44 男 中 专 技师 成 员 课题实施 小组成员

杨 洁 38

男

中 专

技师

成 员

课题实施

曾获荣誉

2007年和2008年，连续两年荣获“全国优秀质量管理小组”称号

制表：孙振勇 日期：2010.2.8

开关班概况及主要工作：开关班现有15人，其中党员6人，高级技师1人，技师6人，本科3人。至2009年末，主要负责青岛地区35kV 及以上121座变电站（人均8.1座）的间隔式断路器435台（人均29台），开关柜984台（人均65.6台），GIS 设备393台（人均26.2台），总气室1745个（人均116.3个），及35kV 电流互感器等变电设备的安装、调试、维修、消缺及异常处理等任务，人均维护设备工作量居全省第一。

二、选择课题

（一）课题提出背景

由于六氟化硫（SF6）气体具有极其优良的的电性绝缘和灭弧特性，在电力行业中被广泛作为开关等电气设备的绝缘介质来使用。据统计，青岛供电公司110kV 以上开关设备已全部采用GIS 或SF6开关。

表2.1：110kv 以上开关设备统计

制表：刘靖 日期：2010.2.9

设备类型 SF6断路器 GIS 220kv 67 125 110kv 71 268

总计 138 393

比例 26.0% 74.0%

随着SF 6充气设备在我公司的广泛采用，新设备安装和设备检修消缺过程中，为设备充注SF 6气体已是较为普遍的工作。

气处理：

98次

设备故障22次

设备1534

图2.1：开关班2009年度SF6设备检修工作统计表

制图：牟磊 日期：2010.2.25

据2009年检修工作统计，充补气工作有98次，工作量占班组工作的58%，超过一半。

图2.2：使用SF6钢瓶对SF6设备进行充气工作图 拍摄：杨洁 日期：2010.2.28

u 注释——SF6状态变化介绍：

储存在钢瓶中的液态SF6进入设备中的气化阶段是吸热过程，自然状态下充气过程中

由于热量补充不足，使得吸热逐渐受影响，出气量变小，使充气时间变长。例如：SF 6气体净重45kg 的钢瓶，约3～4小时才会将瓶内气体充完，而GIS 的母线等气室检修充气，充气时间往往在12小时以上。

图2.3：SF6气体三态图 图2.4：SF6状态变化图

制图：李鸣青 日期：2010.3.1 制图：朱郯博 日期：2010.3.1

（二）提出课题及调查 1、实际工作统计

小组调查2009年度SF6设备充气工作，对全年度工作时间超过2小时的停电检修充气工作进行统计，对各个阶段所用时间进行分析，研究工作时间过长的原因。

图2.5：充气工作流程图

制图：秦继乙 日期：2010.3.2

表2.2：2009年度2小时以上停电检修充气工作时间统计 制表：邢文峰 日期：2010.3.5

统计结果，SF6充气过程所耗时间占整个工作时间的比例最高，这就导致每次充气工作所需停电时间较长。这与可靠性指标相悖，是我们所不希望看见的。

小组又对SF6钢瓶的具体充气用时进行了统计，对于单位时间内充的SF6气体的重量进行计算，确定了SF6气体充气基准出气速率为0.14kg/分钟。

工作序号 总充气时间 （分钟） 开票时间 （分钟） 准备时间 （分钟） 充气时间 （分钟） 整理时间 （分钟） 结票时间 （分钟）

1 123 11 2

2 54 2

3 13 2 126 35 25 36 23 7 3 202 2

4 1

5 109 42 12 4 385 28 38 281 25 13 5 498 1

6 2

7 414 21 20 6 831 42 50 650 54 35 7 35

8 14 35 255 31 23 8 235 23 15 162 15 20

9 284 15 20 220 12 17 10 164 23 21 95 11 14 11 128 8 8 56 35 21 12 122 30 17 48 8 19 13 134 19 25 50 20 20 14 209 24 25 125 17 18 15 193 15 10 130 31 7 16 182 24 35 96 19 8 17 165 20 24 101 10 10 18 136 10 17 63 33 13 19 121 14 24 57 14 12 平均 241.9 20.8 23.8 158.0 23.4 15.9 比例

100%

8.6%

9.8%

65.3%

9.7%

6.6%

表2.3：SF6气体充气用时统计表

工作序号

1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 充气重量(kg) 35

78

20

18

25

34

27

64

48

15

所用时间(分) 208 515 115 75 156 210 153 425 311 96

平均

单位用时(分) 5.9 6.6 5.8 4.2 6.2 6.2 5.7 6.6 6.5 6.4 6.0 制表：孙振勇 日期：2010.3.5

2、处理工作方式

为缩短停电时间，尽可能减少充气过程时间，必须对SF6

钢瓶采取措施，保证其气化所需热量，使SF6持续稳定气化。根据《国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）》规定：不允许采用明火对SF 6钢瓶进行加温。

图2.6：以往处理工作方式

制图：李鸣青 日期：2010.3.8

为了“创先争优”，为公司可靠性指标贡献力量，并缓解越来越大的工作量压力，QC 小组进行思考：是不是可以采用一种专用加温仪器，可以方便的携带到变电站现场，采用较理想的加温方式

，对现场充气中的SF6钢瓶进行加温呢？ （三）确定课题并评选

针对上述问题，小组成员通过上网查询，提出了很多课题，归纳如下：

图2.7：课题选择图

制图：于海涛 日期：2010.3.10

1、几种方案理论分析

表2.4：方案理论分析：

课题调查研究分析特点分析结论

课题一：微波温室加温箱采用全封闭式装置，利用介

质损耗原理，通过微波发生

器产生微波功率，使处于微

波场中的SF6钢瓶进行加

温。

微波发生器价格：1200 RMB

重量：8kg

优点：

加温非常迅速，加温均匀，效率高。

缺点：

1、装置需要全封闭，不仅涉及复杂，且移动不便。

2、微波技术花费较高，调节部件需要较高技术水平。

3、适应能力差，不能有效加温多种型号的钢瓶。

此方法能够实现SF6

钢瓶加温，但采用此

方法需要花费较大、

不利于外出携带充气

工作。

不选择此课题。

课题二：热水淋浴盆采用水盆式装置，将钢瓶放

置其中，使用循环热水对钢

瓶进行淋浴，从而使钢瓶保

持在一定温度，加温效果均

匀。

循环水装置价格：400 RMB

重量：3kg（不包括热水重

量）

优点：

加温均匀，加温缓和，加温效果较好。

缺点：

1、虽然用来加温的热水廉价，但是对钢瓶的加温是一个持

续的过程，因此用水量较大，现场条件难以满足，且热水

冷却后又会造成更大面积的结冰，同时还有烫伤工作人员

的危险。

2、产生大量水蒸气，造成管路微水含量过高，影响设备内

部SF6气体质量。

此方法可以满足使钢

瓶升温目的，但是由

于淋浴盆不便于现场

使用和运输，且用水

量大，不适用于变电

站现场工作，同时产

生的大量水蒸气对于

现场设备也有腐蚀影

响。

不选择本课题。

课题三：红外加温仪将钢瓶放置于封闭设备内

部，使用红外发生仪器发射

远红外光线，红外光线传递

热量至SF6钢瓶，对其进行

加温。

红外发生器价格：650 RMB

重量：3kg

优点：

加温效果明显，加温速度快。

缺点：

1、红外发生仪器的加热面积过小，加热效率不易控制，容

易产生局部过热。

2、设备研制花费高。

3、重量大，操作复杂，危险性高。

此方法适用于实验室

内进行小物件加温，

不适用于变电站现场

检修工作，并且对于

红外加温仪的传感控

制模块班组不具有研

发能力。

不选择本课题。

课题四：火焰加温仪将钢瓶放置于封闭设备内

部，利用内壁火焰对SF6钢

瓶瓶壁进行快速加温。

火焰喷射装置价格：500 RMB

重量：5kg

优点：

加温速度快，效率高。

缺点：

1、根据变电站安全相关规程，工作现场禁止使用明火，此

方法虽然不产生明火，但是仍然属于动火工作，需要动火

工作资格人员操作。

2、需要配备燃料罐，设备沉重。

3、危险性大。

考虑到危险性以及操

作资质，进行否决。

不选择本课题。

课题五：电热风加温仪模拟电吹风工作原理，对

SF6钢瓶进行电热风烘热加

温。

电热风机价格：250 RMB

重量：4kg

优点：

1、设计部件简单。

2、电吹风机设备体积小，价格低廉。

缺点：

1、加热不均匀，容易造成局部温度过高。

2、热量散失大，效率低。

3、不易对功率进行控制。

钢瓶局部温度过高对

SF6钢瓶的安全性危

害较大，考虑到安全

因素，否决。

不选择本课题。

课题六：固体导热材料加温仪使用导热材料接触SF6钢

瓶，近距离热量传导至SF6

钢瓶，使其整体升温。

热传导装置价格：300 RMB

重量：2kg

优点：

1、加热材料廉价实用，部件来源广泛。

2、热传导法加热面积均匀，加热效果较好。

3、设备的体积面积都可以较小，无需其他原料，满足变电

站检修工作的现场使用和运输。

4、操作灵活、简便，适应性较强。

5、花费较小。

缺点：无

选择本课题。

制表：高波日期：2010.3.12

综上分析，利用固体导热材料对SF6钢瓶加温，是符合实际且比较理想的加温方式。开发专门的便携式加温设备仪器，可以为变电站现场充气工作中的SF6钢瓶，通过热传导法提供热量，保证SF6顺利气化，符合生产工作要求，也符合实际检修工作需要。

2、查新：

表2.5：加温装置调查分析

调查实例

实例展示

实例分析

结论

河南日立信股份有限公司RF-JFC 型六氟化硫钢瓶加热称重装置

装置重量：50kg 装置体积： 50cm*50cm*110cm 钢瓶规格：40L

此装置为手推式称重、加热、翻转设备，具有钢瓶加热功能和配备称重装置，实时显示钢瓶中六氟化硫

气体重量，以及对气体直接回充功能。

优点：此装置具备加热功能，额外具有称重功能，直接购买还省去研

发时间。 缺点：价格较高、加热部位设计不足的缺点，特别是限定只能加热

40L 规格的SF6钢瓶，具有不易携带和加热型号单一的严重缺陷，因此否决掉购买的考虑。

思考：小组成员孙振勇建议对其设计结构进行参考，得到小组其他成员一致认可。

新疆电力公司乌鲁木齐电业局-六氟化硫钢瓶加热装置

装置重量：20kg 装置体积： 35cm*35cm*40cm 钢瓶规格：40L

此装置整体置于小推

车上，其包括箱体、箱门，以及固定安装在箱体内壁

上的加热管控制加热管工作的空气开关，箱体一面开口，其上活络装设箱门，箱体内其余三内壁处装设有加热管，加热管由固定架固定。箱体顶端和底部开有相对的置罐孔。

优点：使用方便，体积已小型化。 缺点：此装置置罐孔直径固定为，存在加热钢瓶型号单一及加热部位设计不足（只能对钢瓶进行部分加热）的最大缺点，加热方式不具备自动控制功能。

思考：其设计思路为小组的研发提供了借鉴。

制图：李峰 日期：2010.3.13

使用于变电站现场的SF6钢瓶加温装置，必须具有便携性能，方能适用于实际工作。

3、SF6钢瓶型号分析：

小组对工区常用的SF6钢瓶进行了统计，发现钢瓶型号有很多，直径、高度、大小各

不一致，而针对不同的充气工作要求需要灵活选用适合大小的钢瓶。

表2.6钢瓶型号测量数据

钢瓶型号

1

2

3

4

高度(cm) 143.0 117.2 107.0 88.5 直径(cm) 22.3 24.5 24.5 16.0 钢瓶型号 5 6 7 8 高度(cm) 75.0 126.5 61.5 82.8 直径(cm)

16.0

17.0

16.0

22.3

制表：杨洁 日期：2010.3.13

SF6钢瓶最粗直径为24.5cm ，最细却为16.0cm ，相差8.5cm ，小组成员决定不采用研制多种加温仪器的方法进行解决，而是在加温部件设计环节思考进行解决。

图2.8：SF6钢瓶型号分类

因此，我们确定本次课题题目是：

三、设定目标及可行性分析

（一）目标值的确定：

使用加温仪的钢瓶SF6出气速率为0.28kg/分钟以上，装置总重量小于7.5kg。

（二）目标可行性分析：

1、理论计算

如果最大尺寸的SF6钢瓶内SF6重量最多为G1=45kg，假设满瓶状态下全部为液态，达到额定最低残留量G2=5kg，期间气化SF6气体量G为：

G=G1-G2=45-5=40（kg）①查表得：SF6的汽化热C=161.61kJ/kg，则此部分SF6气化需要吸收的热量Q为：Q=C*G=161.61*40=6464.4（kJ）②自然情况下SF6钢瓶气体基准充气时间T1=A s/kg，若使所加温钢瓶SF6出气速率提高为0.28kg/分钟，因基准出气速率为0.14kg/分钟，则相当于提高了100%，则充气时间将缩短50%，则预期充气时间T2为：

T2=50%*T1=0.5*A=B（s/kg）③换算为加热功率P1：

P1=Q/(G*T2)=6464.4*1000/（40*B）=C（W）④扣除散热及热量损耗，根据经验公式P2=D*P1，则：

P2=D*P1=E (W) ⑤则需要提供不小于E W的加热功率才可以满足气化吸热要求。

45kg钢瓶周长L，瓶身高度M，假如采用1/3高度的加热部位进行加热，需要每平米加热功率P3为：

P3=P2/(L*(M/3))= F（W）⑥根据小组上网搜索调查，常见的加热材料每平方米加热功率为2500~40000W。则：F∈{2500,40000} ⑦完全可以满足要求，因此所加温钢瓶出气速率提高100%的目标可行。

（因本装置已在申请国家发明专利，故部分相关计算数据暂无法提供）

2、市场上自动控制的技术已相当成熟，多数传感器、控制模块体积<1立方分米，且误差精度<4%，完全可以满足对于设备控制模块的需要。

3、根据实际工作调查，开关班一名女工携带重量为10kg，加之辅助工具，为了保证可以单人携带，我们将装置重量的目标值设定为7.5kg。市场上加热材料、电器模块等重量可以小于5kg，功率满足相关要求，价格低于5000元，我们相信，在部件选择上进行精细化分析并合理设计下，研制的设备可以在满足加温效果的同时重量达到7.5kg以下。

4、工区相关领导对本装置的研制极为支持，特拨付2万元小组研发经费。

5、小组成员中从事开关检修专业15年以上的的成员占70%，并有高级技师一名，也有长期负责工区开关专业的副主任和专工指导，对于理论知识分析、SF6设备情况、相关检修工作都相当熟悉，具备较高的电气理论知识和实践操作技能。

四、提出方案并确定最佳方案

（一）提出方案

图4.1：提出方案的思路分析图

制图：牟磊 日期：2010.3.16

小组根据方案思路进行分析，得出了两套方案，对每套方案中的每条思路进行对比选择。

图4.2：方案思路评估图

制图：刘靖 日期：2010.3.16

安全可靠

效果好

小型化

现场使用性强

实现对SF6 钢瓶稳定加温

对加温进行 智能自动控制 方便、安全的 进行使用仪器 提供加温 所需能

量

达到便携 的

要求

对上述两套方案进行比较评估，并进行整合，得出以下方案思路：

合适固体加热材料近距离热传导加温+传感器及处理控制模块自动控制+通过人机界面操作观察+使用电源提供能量+整体构造设计小型化

（二）对确定方案进行分解

1、方案的第I级分解：

小组对方案进行初步分解，仪器应具备以下五大部分，如图所示：

图4.3：方案I级分解图

制图：于海涛日期：2010.3.16 针对方案I级分解，小组研究了其各功能的组合方式，以达到方案要求。

图4.4：便携式SF6钢瓶加温仪的功能示意图

制图：牟磊日期：2010.3.17 2、方案的第II级分解:

对于加温部位的选择，根据之前调研的情况，小组成员首先达成一致，对钢瓶的瓶身必须进行加温处理。小组副组长牟磊提出，是否钢瓶阀口处也需要加温？加温的性价比又如何呢？小组对实际充气工作情况进行勘察，并查询相关理论技术书籍。

SF6气体充气过程中，一旦充气速度加快，阀口处也会因热量吸收造成逐渐凝露，虽然对于充气速度影响不大，但是根据《SF6断路器的微水超标原因及控制措施的研究》（作者：温选尧，四川电力职业技术学院；龙海莲，程文婷，四川电力试验研究院）一文的解释，阀

口处的结露结霜现象对SF6气体的质量有着较为严重的影响。

为此，小组决定在阀口处也进行加温，保证快速充气工作的质量合格。对于SF6钢瓶瓶身的加温，温度是关键因素，所以需要通过温度监测进行传感控制；对于SF6钢瓶阀口处加温，湿度是关键因素，所以需要通过湿度监测进行传感控制。

对于各单元的部件器材选择，小组又逐一展开分析，对于每一部件都提出了多种方案，并进行了详细的对比选择及相应评估。

图4.5：水分子渗透图 制图：刘靖 日期：

图4.6:方案II级总体分解图

制图：孙振勇日期：2010.3.20

1）钢瓶瓶身加温部件的选择

对于钢瓶瓶身的加温部件，主要是选择合适的加温材料，保证能够在短时间内迅速达到相应温度，而且具有较好的保温效果，据此，小组成员进行了调研及试验。

表4.1：钢瓶瓶身加温部件方案分解评估

方案目标：选择适用于常见所有型号SF6钢瓶瓶身加温的加温部件

技术要求：所有型号SF6钢瓶都可方便使用，最终重量小于5kg，功率大于8000W/平方米，对钢瓶瓶身热传导法加温效果明显，易加工，不易损坏，加温迅速，降温迅速

待选方案试验分析方案特点结论设计不锈钢加热片构

成的加温部件

型号：RF-JFC-108

发热尺寸：780*600mm

额定功率：5000W

价格：1000元

重量：7kg

将不锈钢加热片进行加热试验，通过温度传感器记

录实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通

220v交流电，通电后达到50°的时间和断电后降

到20°时间进行了统计，见下表：

组别通电后达

到50°时

间（s）

断电后降

到20°时

间（s）

1号组83 367

2号组74 386

3号组80 370

结论加温慢，降温过慢

优点：

1、价格便宜

2、加热均匀、效果

好

3、坚固不宜损坏

4、防水性能好

缺点：

1、重量大

2、加温、降温速度

偏慢

3、不能对多种型号

钢瓶加温

4、加工难度高

不选

定

设计石英加热管构成

的加温部件

型号：SR-Q4

发热尺寸：10*4100mm

额定功率：500-10000W

价格：2000元

重量：4kg

将石英加热管进行加热试验，通过温度传感器记录

实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通

220v交流电，通电后达到50°的时间和断电后降

到20°时间进行了统计，见下表：

组别通电后达

到50°时

间（s）

断电后降

到20°时

间（s）

1号组40 322

2号组51 294

3号组44 309

结论加温快，降温过慢

优点：

1、加温速度快

2、重量轻

3、可以对多种型号

钢瓶加温

4、加工难度低

5、防水性能好

缺点：

1、加热不均匀

2、降温速度偏慢

3、价格较高

4、较易变形及损坏

不选

定

方案目标： 选择适用于常见所有型号SF6钢瓶瓶身加温的加温部件

技术要求：所有型号SF6钢瓶都可方便使用，最终重量小于5kg ，功率大于8000W/平方米，对钢瓶瓶身热传导法加温效果明显，易加工，不易损坏，加温迅速，降温迅速 待选方案

试验分析 方案特点 结论

设计硅橡胶加热带构成的加温部件

型号：SWJ-TB-50 发热尺寸：750*500mm 额定功率：2500W 价格：1600元 重量：1.5kg

将硅橡胶加热带进行加热试验，通过温度传感器记录实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通220v 交流电，通电后达到50°的时间和断电后降到20°时间进行了统计，见下表： 组别

通电后达到50°时间（s ）

断电后降到20°时间（s ） 1号组 52 178 2号组 47 157 3号组 51

167

结论

加温快，降温较快

优点：

1、加热均匀、效果好

2、加温快、降温快

3、重量最轻

4、坚固不宜损坏

5、加工难度低

6、可以对多种型号钢瓶加温 缺点： 1、价格较高

2、受潮易损坏

待定

制表：邢文峰 日期

：2010.3.22

二次评估：

对于硅橡胶加热带的价格较高，但小组经费可以承担，对于其防水性能差的缺点，小组成员集思广益，经过分析讨论认为，可以在其内部增加隔离条，与钢瓶瓶壁保持一定的距离，不与钢瓶瓶壁直接接触，这样可以达到防水的效果。

因此，小组决定选用硅橡胶加热带，内附隔离条制作SF6钢瓶瓶身加温部件。 对于加热带的固定，小组决定采用尼龙粘带（俗称“魔术扣”，最大承受温度80°C ，价格15 RMB/1m ）进行固定。在对于尼龙粘带的使用上，小组讨论了两套方案：

360>150，方案II 大大节约了材料使用，故小组决定采用II 种方案固定尼龙粘带。

2）钢瓶阀口加温部件的选择

对于阀口处的加温，经过研究分析，小组认为阀口处SF6吸热较少，不需要快速加温，但对保温效果要求较高，以便保持阀口处温度稳定。

表4.2：钢瓶阀口加温部件方案分解评估

方案目标： 选择适用于SF6钢瓶阀口处加温的加温部件

技术要求：最终重量小于1kg ，对钢瓶阀口处热传导法加温效果明显，易加工，不易损坏，加温迅速，降温迅速

待选方案

试验分析

方案特点 结论

设计梳状加热片构成的加温部件

型号：LCD-Q-33 发热尺寸：80*180mm 额定功率：500W 价格：800元 重量：1.2kg

将梳状加热片进行加热试验，通过温度传感器记录实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通220v 交流电，通电后达到40°的时间和断电后降到20°时间进行了统计，见下表： 组别 通电后达到40°时间（s ） 断电后降

到20°时间（s ）

1号组 47 163 2号组 54 174 3号组 60 158

结论

加温快，降温慢 优点：

1、加热功率大、加热快

2、降温速度慢

3、坚固不宜损坏

4、加热均匀、效果好

缺点： 1、重量大 2、加工难度高 3、价格较高

不选定

设计小型石英加热管构成的加温部件 型号：SR-Q1 发热尺寸：10*380mm

额定功率：200-800W 价格：900元 重量：1.5kg

将小型石英加热管进行加热试验，通过温度传感器记录实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通220v 交流电，通电后达到40°的时间和断电后降到20°时间进行了统计，见下表： 组别 通电后达到40°时间（s ） 断电后降

到20°时间（s ）

1号组 43 103 2号组 51 112 3号组 47 95

结论

加温快，降温快 优点：

1、加温功率大、加温快

2、加工难度低 缺点：

1、加热不均匀、效果差

2、降温速度快

3、价格较高

4、重量大

5、易损坏

不选定

设计硅橡胶加热条构成的加温部件 型号：LCD10-55 发热尺寸：320*40mm

额定功率：150W 价格：480元 重量：0.5kg

将硅橡胶加热条进行加热试验，通过温度传感器记录实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通220v 交流电，通电后达到40°的时间和断电后降到20°时间进行了统计，见下表： 组别 通电后达到40°时间（s ） 断电后降

到20°时间（s ）

1号组 73 153 2号组 61 139 3号组 65 137

结论

加温慢，降温慢 优点：

1、加热均匀、效果好

2、降温速度慢

3、重量轻

4、不宜损坏

5、加工难度低

6、价格便宜 缺点： 1、功率小

待定

设计绳型加温器构成的阀口加温部件 型号：SCD-2 发热尺寸：5*500mm

额定功率：120W 价格：450元 重量：0.5kg

将绳型加温器进行加热试验，通过温度传感器记录实时温度变化情况，初始温度为室温20°，接通220v 交流电，通电后达到40°的时间和断电后降到20°时间进行了统计，见下表： 优点：

1、加热均匀、效果好

2、降温慢

3、重量最轻

4、坚固不宜损坏

5、加工难度低 缺点： 1、功率小

待定

组别

通电后达到40°时间（s ） 断电后降到20°时间（s ） 1号组 72 97 2号组 68 90 3号组 63 102 结论

加温慢，降温慢

制表：杨洁 日期：2010.3.22 二次评估：

在各项指标基本相同的情况下，小组成员对硅橡胶加热条与绳型加热器进一步评估，对其的用于阀口处的使用时间进行了统计：

表4.3：阀口处使用加热部件耗时统计表

试验人员 牟磊 孙振勇 刘靖 李鸣青 杨洁 秦继乙 于海涛 朱郯博 平均时间 窄状加热带缠绕阀

口时间(s) 6 5 8 7 7 12 10 7 7.75 绳型加热器缠绕阀

口时间(s)

17

21

24

20

20

28

30

23

22.875

制表：李鸣青 日期：2010.3.23 绳型加热器缠绕阀口的平均时间比硅橡胶加热条缠绕阀口的平均时间多195%，浪费工

时，因此小组决定选用硅橡胶加热条作为阀口处加温部件。

3)钢瓶瓶身加温控制模块的选择

对于SF6钢瓶瓶身加温部件的控制，需要利用温度控制器来实现。通过开断加温装置，使SF6

钢瓶瓶身保持在一个较稳定的温度，以保证SF6气化吸收的

热量能够稳定补给，使气化过程稳定

SF6出气速度提高。

表4.4：钢瓶瓶身加温控制模块方案分解评估

方案目标： 选择适用于SF6钢瓶瓶身加温自动控制的温度控制器 相关要求：灵敏自动控制加温，受干扰程度小，重量小于500g ，价格便宜 待选方案 调查分析

方案特点 结论

KT1型温控器

测量范围：-300 C ～ +600 C

测量精度：±0.50C ，该数字温度计均采用进口传感器，控制精度高而可靠。 重量：1100g

市场均价：150RMB

价格便宜 重量过大

不选定 WH7016J 温度控制器

测量范围：-300 C ～ +2000 C

测量精度：±0.50C ，该传感器采用高精度传感器，测量范围大，控制可靠。

重量：300g 市场均价：260RMB

价格高 重量适中

不选定

ST-801S-96温度控制器

测量范围：-50℃～150℃

精度：±0.5℃，该控制器具有稳定精密控制温度功能，适合大功率温度控制 重量：440g

市场均价：275RMB

价格高 重量中

不选定

TDK0302温度控制器

温度0～9.99℃，湿度1～9.99%RH 精 度：温度±5℃，湿度±4%RH 重量：450g 市场均价：280RMB

价格高 重量中

不选定

KS-1C 温湿度控制器

测量范围：5℃～40℃

精度：±1℃，该控制器可以稳定保持加热温度在40℃，无需调节 重量：350g

市场均价：160RMB

价格便宜 重量小

选定

制表：秦继乙 日期：2010.3.24

4）钢瓶阀口加温控制模块的选择 阀口处加温目的在于抑制阀口处结露现象的产生，防止由于水分的渗透作用对管路内SF6气体微水含量产生影响。对于

阀口处的加温部件的控制，通过湿度控制器来实现。通过开断加温部件，保证阀口处不产生结露情况，保证SF6充气的质量。

表4.5：钢瓶阀口加温控制模块方案分解评估

方案目标： 选择适用于SF6钢瓶阀口加温自动控制的湿度控制器

相关要求：灵敏自动控制加温，受干扰程度小，重量小于500g ，价格低 待选方案

调查分析

方案特点 结论

SN-810-48 凝露自动控制器

湿度控制范围：10％RH ～98%RH

凝露启控： 88％RH ± 5％RH (20℃时) 体积： 48ⅹ48ⅹ80mm 重量：450g

市场均价：275RMB

价格高 重量中

不选定 SN-820S-72 智能型精密数显湿度控制器

测量控制范围： 湿度0～100%RH 精度 ±3%RH （10％RH ～99%RH ） 显示方式： 三位LED 数码管显示，1位小数 体积： 72ⅹ72ⅹ135mm 重量：550g

市场均价：285RMB

价格高 重量高

指示功能强

大 不选定

BW-8123型双凝露控制装置

凝露起控：85%±5%RH （20℃时） 响应速度：典型值≤3s 精度：±1℃

可以在凝露指数高于设定值时自启动

体积：48mm ×48mm ×78mm 重量：350g 市场均价：170RMB

价格低 重量轻

选定

制表：于海涛 日期：2010.3.24

5）人机界面各部分的选择

表4.6：人机界面方案分解评估

方案目标：研制带有开关操作功能、报警指示功能的人机界面面板

技术要求：面板坚固、轻便、防水、易加工；开关操作简单，不易误动；报警指示功能效果醒目易懂 子部件

待选方案 试验分析

方案特点 评估结果 结论 坚固 √ 重量大 × 易锈蚀 × 铁质外壳

10c ㎡铁制面板重量：50g 进行100N 折曲试验，记录结果： 试验序号 1

2

3

4

是否抗折 是 是 是 是

易加工 √ 不选定

坚固 √ 重量小 √ 防水性能好 √ 外壳 材料

硅塑料外壳

10c ㎡硅塑料面

板重量：10g 进行100N 折曲试验，记录结果： 试验序号 1

2

3

4

是否抗折 是 是 是 是

易加工 √ 选定 操作简单 √

拨针式开关

市场价格：5.0 RMB 重量：40g

易被误动

×

不选

定 操作较难

×

滑块式开关

市场价格：3.0 RMB 重量：20g

不易被误动

√

不选定

操作简单

√

开关 类型

按钮式开关

市场价格：4.0 RMB 重量：25g

不易被误动

√

选定

提示明白 √ 容易受干扰 × 语音提示

设置语音提示内容，对于开启关闭进行语音提示。

不需要提示

含义的培训 √

待选

提示清晰明白 √ 提示醒目 √ 指示 类型

灯光提示

通过灯光显示不同，对于开启关闭进行灯光提示。

需要提示含

义的培训

×

待选

制表：牟磊 日期：2010.3.25 二次评估：

1、 语音提示： 虽然提示明白，并且任何首次接触此装置的人员都可以懂得提示的含义，但是变电站工作现场噪音较大，小组成员借用ZS30R 智能噪音计，统计了多次充气现场的噪音指数：

表4.7：充气现场噪音指数统计表

充气工作 (时间、地点) 10.2.3 唐田 10.2.8 大庄 10.3.2 唐田 10.4.1 城阳 10.5.4 李山 10.5.5 唐田 10.6.1 虎山 10.6.9 机电 10.7.5 唐田 10.8.5 古庙 现场噪音 55 41 46 20 37 39 31 27 33 38 对比

大

大

大

小

大

大

小

小

小

大

制表：李峰日期：2010.3.25而根据噪音计统计，语音提示声音指数为35分贝，上表统计工作中有60%的工作现场噪音超过语音提示音量，因此容易影响报警提示效果。

2、灯光提示：

对于灯光提示，提示清晰明白，虽然需要提示含义的培训，但是由于变电检修工作人员相对固定，参与充气工作的所有人员为20名，培训所需时间不长，且含义内容培训容易解决。

结论：选择灯光提示。

图4.7：人机界面方案选择

制图：高波日期：2010.3.25

小组成员对于灯光提示的选择上存在不同的意见，于是对灯光提示的第III级分解：

表4.8：灯光提示方案III级分解评估

方案目标：选择提示醒目准确的灯光指示装置

技术要求：指示直观可视，报警指示醒目清晰，具备较高强度，体积小，重量轻，性能稳定

待选方案调查分析

方案特点结

论

液

晶

显示器

市场调查成本：10.0×1 RMB

面积：2cm*4cm 重量：20g

小组成员对指示程度、发光亮度进行观

察，并网上查询相关使用情况说明。

指示详细，但不

够醒目清晰，亮

度不够

不选

定

七段LED数码显示管市场调查成本：3.5×3 RMB

面积：2cm*3cm 重量：8g

小组成员对指示程度、发光亮度进行观

察，并网上查询相关使用情况说明。

指示详细，指示

醒目清晰，亮度

高，偶尔会出现

显示错误

不选

定

LED红绿黄单色灯市场调查成本：4.0×3 RMB

面积：1cm*2cm 重量：15g

小组成员对指示程度、发光亮度进行观

察，并网上查询相关使用情况说明。

指示简单，指示

醒目清晰，亮度

高，性能稳定

选定

制表：朱郯博日期：2010.3.26 最终人机界面方案选择为：

图4.8：人机界面方案最终选择

制图：孙振勇 日期：2010.3.27

6）电源方式的选择

表4.9：电源方式方案分解评估

方案目标： 为加温仪长时间稳定提供电源

技术要求：达到便携式要求，重量小，提供电源稳定，使用方便，使用时间大于10小时 待选方案 调查分析

方案结论 结论

自带蓄电池

不需要使用现场电源，任何地方都可以使用；蓄电池重量大，花费高，并且需要定期充电；容易受水污染损坏腐蚀；随时间延续，电量下降，供电不稳定

设计成本：需购置蓄电池，花费为1200 RMB 重量大于5.0kg ，并且一次使用时间小于10小时，

且经常需要充电

不选定 使用外接电源

现场必须有外接电源；重量小，必须配合电缆滚子，使用方便；节省资金，无需维护；简单耐用，不受水污染损坏腐蚀；使用站用电，供电稳定

设备成本：需增加电源插头部件，花费为150 RMB

重量小于0.5kg ，必须配备电缆滚

子，只要现场有电源，理论上无限期使用

选定

制表：刘靖 日期：2010.3.28

评估：

经过调查，根据《山东电力集团公司变电站基建管理规定》，现在负责的青岛地区132座35kV 以上变电站现场具有外接电源条件的为100%，与电缆滚子配合使用，可以长时间使用，且免去高额花费及维护人力。

因此，经过分析和评估，小组决定：采用外接电源的供电方式。

7）仪器整体设计的选择

表4.10：仪器整体设计方案分解评估

方案目标： 尽可能使用方便，携带方便

技术要求：可由一名人员携带，设备不易受损

待选

方案 调查分析

方案结论

结论

立体固定结构 对瓶身加热套采取固定支架的

方法，将SF6钢瓶直接插入设

备中使用，使用时直接携带 虽然使用简单，但是需要加工固定

支架，并且体积较大，携带不方便，

在携带中容易损坏

不选定 可折叠、压缩结构

不采用外部支架，整体可以折叠，对SF6钢瓶现场进行包裹

缠绕，使用完毕后进行折叠，放入相应的携带箱内

虽然准备阶段需要花费一定时间，且需要设计折叠环节，并且需要配

备工具箱，但是对设备的保管效果好，设备使用寿命能延长5倍。

选定

制表：李鸣青 日期：2010.3.29

通过分析比较，小组最终确定了最佳方案如下：

图4.9：加温仪最佳方案及方案整合

制图：刘靖 日期：2010.3.31

小组根据各个单元的选择分析，设计了如下“便携式SF6钢瓶加温仪”，示意图如下：

图4.10：便携式SF6钢瓶加温仪示意图

制图：高波 日期：2010.3.31

五、制定对策

表5：对策表

序号对策目标措施时间地点负责人

1 制作SF6钢

瓶瓶身加

温装置及

控制单元

可以适用于全部

型号钢瓶瓶身加

温，包裹牢固，加

温后保持SF6钢瓶

瓶身温度稳定在

40°C左右，误差

不超过±2°C，且

使用中不会沾水

1、计算设计加热带的形状、面积，

制作相应的加热套

2、安装用于包裹固定的固定装置

3、安装防水隔离条

4、对温控器及传感器等按要求进

行接线、布置、安装

5、试验验证装置对钢瓶加温效果

及防水效果

2010.4 班组

孙振勇

刘靖

2 制作SF6钢

瓶阀口加

温装置及

控制单元

能够完全缠绕钢

瓶阀口，缠绕牢

固，加温后钢瓶阀

口处无明显凝露，

管路内部SF6微水

升高不超过20ppm

1、计算设计加热带的形状、面积，

制作相应的加热套

2、安装用于包裹固定的固定装置

3、对湿控器及传感器等按要求进

行接线、布置、安装

4、试验验证装置对阀口凝露情况

及管路内SF6微水含量情况

2010.4 班组

牟磊

李峰

3 制作人机

界面装置

控制、观察加温仪

简单准确，各元件

布置合理，人机界

面体积小

1、用CAD软件设计图纸

2、设计相应电子回路和接线回路

3、根据图纸制作人机界面及布置

相应装置，按电路图进行接线

4、试验验证人机界面的友好程度

2010.5

实验

室

高波

朱郯博

4 制作用于

接通外接

电源的插

头及电源

线

稳定供给仪器装

置220V电压电源

1、计算最佳电源线长度

2、选择合适的电源线及插头

3、根据图纸布置电源部件与其他

部件的接线

4、试验验证电源线路性能

2010.5 班组

秦继乙

李鸣青

5 设计加温

仪的折叠

方式，并制

作相应的

携带箱

使整个装置可以

正常折叠、压缩，

不易损坏；体积较

小，适合便携；并

根据折叠后尺寸

配备合适携带箱

1、用CAD软件设计折叠图纸

2、根据图纸制作相应折叠方式

3、测量折叠后加温仪尺寸

4、制作合适的携带箱

2010.5

检修

大厅

杨洁

于海涛

6 加温仪的

整体组装

接线

组装结构合理，坚

固不易损坏，重量

《10kg，接通电源

后加温仪工作、指

示正确无误

1、合理设计组装部位及布置

2、将上述各个部件组装到一起，

组装部位牢固不易损坏

3、试验验证重量小于要求

4、试验验证加温仪的工作、指示

功能的准确性

2010.6

检修

大厅

孙振勇

邢文峰

朱郯博

7 加温仪的

试运行

能够对所有型号

钢瓶加温，操作加

温过程稳定，SF6

钢瓶出气速率提

高100%以上，一人

即可携带工作

1、做好试运行前准备

2、模拟现场工作环境进行安装使

用

3、多次试验统计验证充气时间

4、总结运行结果

5、多人实际使用验证其便携性能

2010.6

变电

站(根

据工

作计

划)

高波

刘靖

李峰