朱峰，趙躍，宋玉梅，邵翔

（1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽合肥，230000；2.合肥誠(chéng)記信息科技有限公司，安徽合肥，230000）

0 引言

六氟化硫氣體因優(yōu)良的滅弧性能、絕緣性能及化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛用于電網(wǎng)等國(guó)計(jì)民生支柱產(chǎn)業(yè)。六氟化硫氣體是溫室效應(yīng)最強(qiáng)的工業(yè)氣體，1T六氟化硫氣體的排放相當(dāng)于23900T二氧化碳排放，控制六氟化硫氣體的無序排放，已經(jīng)刻不容緩。2019年3月11日，國(guó)資委下達(dá)“關(guān)于印發(fā)《中央企業(yè)能源節(jié)約與生態(tài)環(huán)境保護(hù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表》的通知”，將“六氟化硫氣體回收率”納入中央企業(yè)負(fù)責(zé)人任期經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)考核。2020年12月，以習(xí)近平同志為核心的黨中央提出“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”重大戰(zhàn)略目標(biāo)，并將做好碳達(dá)峰、碳中和工作納入2021年八大重點(diǎn)任務(wù)。為控制和減少六氟化硫氣體排放，國(guó)網(wǎng)公司多年來致力于六氟化硫氣體回收再利用系統(tǒng)研發(fā)、試點(diǎn)應(yīng)用、全面推廣、管理提升等一系列工作。

1 六氟化硫氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作面臨挑戰(zhàn)

當(dāng)前六氟化硫氣體使用場(chǎng)景涉及基建、運(yùn)維、檢修、設(shè)備退役及凈化處理等多個(gè)階段，因六氟化硫氣體使用范圍的復(fù)雜性,導(dǎo)致管理部門面臨嚴(yán)峻的指標(biāo)考核責(zé)任、設(shè)備安全運(yùn)行的巨大壓力，如何測(cè)量電氣設(shè)備內(nèi)六氟化硫氣體重量，準(zhǔn)確掌握全網(wǎng)六氟化硫氣體使用量是減排的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)六氟化硫電氣設(shè)備檢修和退役時(shí)氣體的使用量和回收量方面已有研究，但在電網(wǎng)六氟化硫氣體存量（氣體總量）上仍然沒有合適的評(píng)估方法。設(shè)備內(nèi)氣體僅能通過壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備內(nèi)氣體重量精確檢測(cè)方面還沒有相關(guān)的研究報(bào)道。

1.1 六氟化硫用氣量難以精準(zhǔn)計(jì)量

國(guó)網(wǎng)公司六氟化硫電氣設(shè)備數(shù)量巨大，如安徽電網(wǎng)110kV及以上電壓等級(jí)變電站935座，隨著GIS電氣設(shè)備的不斷推廣，氣體用氣量不斷增大，新投運(yùn)設(shè)備通過設(shè)備銘牌或充氣量計(jì)算氣體使用量，大部分在運(yùn)設(shè)備銘牌未標(biāo)注氣體用量和設(shè)備容積（設(shè)備內(nèi)含多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，難以通過外形估算），六氟化硫氣體充氣量未知；部分新投運(yùn)設(shè)備銘牌標(biāo)注的六氟化硫氣體充氣量不準(zhǔn)確，且實(shí)際運(yùn)行壓力普遍高于額定壓力值，因此，公司系統(tǒng)電氣設(shè)備六氟化硫用氣量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)難以掌握，設(shè)備檢修、退役時(shí)氣體回收率無法管控。

1.2 六氟化硫氣體使用無法實(shí)時(shí)跟蹤記錄

由于缺乏有效的物料管控技術(shù)，回收的氣體沒有及時(shí)送往六氟化硫處理中心、凈化后氣體未及時(shí)領(lǐng)用并充入設(shè)備、新購(gòu)氣體量無法統(tǒng)一管控等問題依然存在，一是氣體使用過程無法做到實(shí)時(shí)跟蹤準(zhǔn)確記錄，回收回用量、凈化量、新氣購(gòu)置量及入出庫(kù)信息等無法實(shí)現(xiàn)全鏈條多維的管理；二是目前各地市局尚未形成智能化程度高、臺(tái)賬覆蓋面廣和業(yè)務(wù)針對(duì)性強(qiáng)的六氟化硫氣體全生命周期規(guī)范管理手段及輔助工具，且現(xiàn)有的六氟化硫氣體與電力設(shè)備之間未建立關(guān)聯(lián)臺(tái)賬、管控手段智能化程度不高等。

為此，安徽電科院研發(fā)了六氟化硫氣體重量感知裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備內(nèi)六氟化硫氣體重量全過程測(cè)量。本文通過開展六氟化硫氣體排放全口徑核算和六氟化硫氣體損耗模型研究，構(gòu)建六氟化硫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法，掌握全網(wǎng)六氟化硫氣體使用量、回收率、氣體凈化量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。

2 六氟化硫排放核算及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法研究總體思路

本文以地市級(jí)供電公司為研究對(duì)象，一是開展地市級(jí)供電公司六氟化硫氣體排放全口徑核算研究，確定地市級(jí)公司六氟化硫氣體核算邊界，建立六氟化硫氣體全口徑核算方法。二是六氟化硫氣體損耗模型研究，通過開展六氟化硫氣體排放全過程氣體損耗研究，建立損耗模型。

通過這兩種方法對(duì)六氟化硫氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，建立一套開展數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性，評(píng)價(jià)地市級(jí)供電公司六氟化硫氣體排放量和填報(bào)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。通過對(duì)六氟化硫全生命周期各環(huán)節(jié)氣體量管理和相關(guān)影響因素，通過模型構(gòu)建、推理分析和數(shù)據(jù)定損，綜合得出六氟化硫氣體損耗模型研究。

3 六氟化硫氣體排放全口徑核算

地市公司的六氟化硫氣體排放指使用六氟化硫設(shè)備檢修與退役過程產(chǎn)生中的六氟化硫的排放和輸配電損失所對(duì)應(yīng)的電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的二氧化碳排放。具體計(jì)算按公式（1）。

式中，

E——二氧化碳排放總量（噸二氧化碳）

ESF6——使用六氟化硫設(shè)備修理與退役過程中產(chǎn)生的六氟化硫排放（噸二氧化碳）

E網(wǎng)損——輸配電損失引起的二氧化碳排放總量（噸二氧化碳）

使用六氟化硫設(shè)備修理與退役過程的排放計(jì)算按式（2）。

式中，

ESF6——使用六氟化硫設(shè)備修理與退役過程中產(chǎn)生的六氟化硫排放，（噸二氧化碳）

REC容量,i——退役設(shè)備i的六氟化硫容量，以銘牌數(shù)據(jù)表示，（千克）

REC回收,i——退役設(shè)備i的六氟化硫?qū)嶋H回收量，（千克）

REP容量,j——修理設(shè)備j的六氟化硫容量，以銘牌數(shù)據(jù)表示，（千克）

REP回收,j——修理設(shè)備j的六氟化硫?qū)嶋H回收量，（千克）

GWPSF6——六氟化硫的SF6氣體潛能，23900。

4 六氟化硫氣體損耗模型研究

六氟化硫氣體損耗模型研究包括數(shù)據(jù)采集模塊、變量計(jì)算模塊、潛在因素模塊、模型表達(dá)模塊、推理分析模塊、數(shù)據(jù)定損模塊和管控終端。

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)處理需求對(duì)整個(gè)六氟化硫全生命周期過程進(jìn)行分解，可分成新氣采購(gòu)、出入庫(kù)、使用、回收、凈化、在運(yùn)設(shè)備保有量估算和氣體損耗等環(huán)節(jié)，通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)驗(yàn)證及核算，來構(gòu)建出具體的物料核算模型。

（1）新氣采購(gòu)

新采購(gòu)氣體且檢測(cè)合格后的氣體量等于入庫(kù)量，記作M入庫(kù)量=M采購(gòu)量。

（2）氣體入庫(kù)

通過兩種不同對(duì)象的入庫(kù)方法描述，可以得出相應(yīng)的計(jì)算公式：

式中：M入庫(kù)量——指入庫(kù)氣體的重量

M新氣采購(gòu)入庫(kù)量——指新采購(gòu)氣體入庫(kù)時(shí)的重量

M凈化氣回用量——指對(duì)回收凈化后再使用的氣體量

M檢修剩余量——指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)帶出的氣體量，沒有使用完又帶回重新入庫(kù)量

M新氣入庫(kù)量——指對(duì)處理中心新獲取到的氣體入庫(kù)量

M回收量——對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回收的氣體量

（3）氣體出庫(kù)

為了便于對(duì)數(shù)據(jù)的分類管理和統(tǒng)計(jì)，需要把系統(tǒng)內(nèi)氣體出庫(kù)類型分為：變電站申請(qǐng)回收氣體出庫(kù)、處理中心凈化后氣體出庫(kù)、檢修使用氣體出庫(kù)。在移動(dòng)端設(shè)計(jì)了氣體出庫(kù)模塊和氣體出庫(kù)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)頁(yè)面，氣體出庫(kù)線上流程主要包括：掃碼獲取信息、添加出庫(kù)記錄、選擇出庫(kù)類型和填寫詳情信息；詳情信息主要包括有：出庫(kù)鋼瓶數(shù)、出庫(kù)重量、出庫(kù)單位、負(fù)責(zé)人和出庫(kù)時(shí)間，其中出庫(kù)鋼瓶數(shù)和重量可通過掃描自動(dòng)獲取。

（4）氣體使用

式中：M保有量——指設(shè)備現(xiàn)有氣體的重量

M初始值——指設(shè)備中氣體重量的初始估算值

M充氣量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M充氣前——指充氣前設(shè)備的重量

M充氣后——指充氣后設(shè)備的重量

注意：在此充氣使用環(huán)節(jié)過程中分以下三種情況統(tǒng)計(jì)：

如果充氣使用之前沒有對(duì)鋼瓶進(jìn)行先稱重，那么依據(jù)鋼瓶標(biāo)簽標(biāo)注的重量為準(zhǔn)。得出如下公式：

式中：M充氣量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M標(biāo)注量——指設(shè)備上標(biāo)簽標(biāo)注的氣體量

M充氣后——指充氣后設(shè)備的重量

如果充氣之后沒有進(jìn)行稱重，那么該設(shè)備的充氣流程就不能閉環(huán)結(jié)束，此時(shí)需要追蹤鋼瓶充氣后的狀態(tài)。追蹤到該鋼瓶充氣后的第一次稱重得到的重量來記作（Mgp）。得出如下公式：

式中：M充氣量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M充氣前——指充氣前設(shè)備的重量

Mgp——追蹤到該鋼瓶充氣后的第一次稱重得到的重量

如果充氣前和充氣后都進(jìn)行了稱重，則M充氣量=M充氣后-M充氣前

（5）氣體回收

式中：M回收量——指充入到設(shè)備中的氣體量

M設(shè)備氣體保有量——指設(shè)備原有的充氣量

M初始估算——指設(shè)備中氣體重量的初始估算值

如果M回收量≠M(fèi)初始估算，那么需要用M回收的值去修正之前對(duì)設(shè)備初始值估算量的值，來不斷完善和補(bǔ)充更多未知重量設(shè)備的 M初始估算和 M設(shè)備氣體保有量。

注意：在此回收環(huán)節(jié)過程中分以下兩種情況統(tǒng)計(jì)：

如果回收之前沒有對(duì)鋼瓶進(jìn)行先稱重，那么依據(jù)鋼瓶標(biāo)簽標(biāo)注的重量為準(zhǔn)，可得出如下公式：

式中：M回收量——指回收得到的氣體量

M標(biāo)注量——指設(shè)備上標(biāo)簽標(biāo)注的氣體量

M回收后——指設(shè)備回收后的重量

如果回收之后沒有進(jìn)行稱重，那么該設(shè)備的回收流程就不能閉環(huán)結(jié)束，此時(shí)需要追蹤鋼瓶回收后的狀態(tài)。若能追蹤到則以此時(shí)的鋼瓶氣體量為回收后的重量（M回收后），即M回收量=M回收后-M回收前。

（6）氣體凈化

式中：M凈化損耗量——指凈化過程中損耗的氣體量

M凈化前——指凈化前的氣體重量

M凈化后——指凈化后的氣體重量

4.2 變量計(jì)算模塊

實(shí)時(shí)獲取單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的六氟化硫氣體的變化信息，變化信息包括密壓值、體積值和濃度值，并將其分別標(biāo)定為Ai、Bi和Ci，依據(jù)公式，i=1...n，求得單位時(shí)間級(jí)內(nèi)六氟化硫氣體變化的動(dòng)態(tài)值Xi，其中，e1、e2和e3分別為密壓值A(chǔ)i、體積值Bi和濃度值Ci的誤差因子系數(shù)，且e2＞e1＞e3＞ 0 ；

將求得單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的動(dòng)態(tài)值Xi進(jìn)行均值處理，依據(jù)公式，求得衡量單位時(shí)間級(jí)內(nèi)六氟化硫氣體變化狀態(tài)的均值數(shù)據(jù)，其中，ρ為動(dòng)態(tài)值Xi的修正因子系數(shù)，λ為動(dòng)態(tài)值Xi的誤差因子系數(shù)，且ρ＞0，λ＞0。

4.3 潛在因素模塊

實(shí)時(shí)獲取單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的六氟化硫氣體的因素信息，因素信息包括環(huán)境溫濕度和存儲(chǔ)標(biāo)值，并將其分別標(biāo)定為Wi和V，依據(jù)公式i，求得衡量單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的六氟化硫氣體的影響值Yi，其中，q1和q2分別表示為環(huán)境溫濕度Wi和存儲(chǔ)標(biāo)值Vi的程度因子系數(shù)，且q2＞q1＞ 0 。

并將影響值Yi與預(yù)設(shè)范圍α進(jìn)行比對(duì)分析，當(dāng)影響值Yi大于預(yù)設(shè)范圍α的最大值時(shí)，則生成極端不利信號(hào)，當(dāng)影響值Yi處于預(yù)設(shè)范圍α的之間時(shí)，則生成輕度不利信號(hào)，當(dāng)影響值Yi小于預(yù)設(shè)范圍α的最小值時(shí)，則生成微弱不利信號(hào)。

4.4 模型表達(dá)模塊

獲取單位時(shí)間級(jí)內(nèi)的各時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間參數(shù)i和與之對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)值Xi，以時(shí)間參數(shù)i構(gòu)造坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)，以動(dòng)態(tài)值Xi構(gòu)造坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)，并據(jù)此建立動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系。

將均值數(shù)據(jù)以直線的方式在坐標(biāo)系上顯示，并通過極差分析操作，求得六氟化硫氣體的變化信息離散波動(dòng)的動(dòng)蕩信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)。

4.5 推理分析模塊

將極端不利信號(hào)、微弱不利信號(hào)和輕度不利信號(hào)依次與動(dòng)蕩信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)兩兩互相結(jié)合，并進(jìn)行推理分析；當(dāng)同時(shí)獲取極端不利信號(hào)和動(dòng)蕩信號(hào)時(shí)，則輸出一級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取極端不利信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)時(shí)，則輸出二級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取微弱不利信號(hào)和動(dòng)蕩信號(hào)，則輸出二級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取微弱不利信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)，則輸出三級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取輕度不利信號(hào)和動(dòng)蕩信號(hào)，則輸出三級(jí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)同時(shí)獲取輕度不利信號(hào)和平穩(wěn)信號(hào)，則輸出四級(jí)預(yù)警信號(hào)。

4.6 數(shù)據(jù)定損模塊

將獲取的一級(jí)預(yù)警信號(hào)、二級(jí)預(yù)警信號(hào)、三級(jí)預(yù)警信號(hào)和四級(jí)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行求和統(tǒng)計(jì)操作，當(dāng)求和得到的結(jié)果中含有的一級(jí)預(yù)警信號(hào)和二級(jí)預(yù)警信號(hào)的次數(shù)總和大于等于3時(shí)，則輸出嚴(yán)重?fù)p耗信號(hào)，當(dāng)求和得到的結(jié)果中含有的二級(jí)預(yù)警信號(hào)和三級(jí)預(yù)警信號(hào)大于等于4時(shí)，則輸出中度損耗信號(hào)，而其他情況下，則輸出輕微損耗信號(hào)。

4.7 管控終端

管控終端對(duì)接收嚴(yán)重?fù)p耗信號(hào)、中度損耗信號(hào)和輕微損耗信號(hào)以文本的形式展示出來。

5 六氟化硫氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法及研究

在評(píng)價(jià)方法選擇和構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，使用層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)模型。層次分析法將與決策有關(guān)的因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，然后遞進(jìn)求解每層的各元素對(duì)上層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法。用層次分析法分析問題要經(jīng)過以下步驟：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型。將實(shí)際問題中的因素從上至下依次分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案不同層次，同一層次的因素在受制于下層因素的同時(shí)，又會(huì)影響其上層因素。

（2）構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。比較同一層次中元素 Xi與元素 Xj 相對(duì)上一層某個(gè)因素的重要性時(shí)，用數(shù)值aij來描述這種相對(duì)重要性，假設(shè)本層有n個(gè)關(guān)聯(lián)因素，則A=(aij)n×n 稱為兩兩比較的判斷矩陣：

式中 W=(w1，w2，wn)T，n 是特征值。

（4）判斷矩陣一致性檢驗(yàn)。一般來說，外部環(huán)境的變化、判斷對(duì)象的復(fù)雜性、過往經(jīng)歷的不同及對(duì)判斷對(duì)象主觀認(rèn)知的不足，會(huì)導(dǎo)致人們不能對(duì)指標(biāo)的相對(duì)重要性做出準(zhǔn)確判斷，即aij存在偏差，這樣判斷矩陣一致性的準(zhǔn)確程度就很難得到保證。因此需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，本文采用一致性指標(biāo)CI（Consistent Index）和平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的比值隨機(jī)一致性比率CR（Consistency Ration）來衡量判斷矩陣的不一致性程度，RI值只與矩陣階數(shù)有關(guān)。

式中λmax為n階判斷矩陣A的最大特征值。

通過上述層次分析法評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建，結(jié)合各單位在各環(huán)節(jié)處理上報(bào)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，可從以下不同維度進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證：

以單位的采購(gòu)量、回收量的和與使用量、庫(kù)存量、損耗量三者的和相比較，整體偏差是否在合理范圍內(nèi)，來驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

同時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)回收、凈化、使用三個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)損耗維度對(duì)回收損耗、凈化損耗和使用損耗進(jìn)行損耗量的驗(yàn)證；結(jié)合上述第4點(diǎn)損耗模型研究的應(yīng)用可綜合得出損耗量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

通過上述兩種不同維度的計(jì)算驗(yàn)證結(jié)合層次分析評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用，可整體得出六氟化硫氣體統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法。

6 結(jié)束語

本文通過開展六氟化硫氣體排放全口徑核算、損耗模型研究，收集六氟化硫氣體使用量、回收率、氣體凈化量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，建立一套數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法，實(shí)時(shí)掌握安徽電網(wǎng)六氟化硫氣體保有量和使用情況，為國(guó)家電網(wǎng)公司六氟化硫氣體回收和循環(huán)再利用提供技術(shù)支撐。促進(jìn)了六氟化硫氣體回收再利用工作的良性循環(huán)，為更好地推動(dòng)六氟化硫氣體減排提供科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)，為電力部門決策提供依據(jù)，推進(jìn)公司節(jié)能減排工作落地，為溫室氣體減排和發(fā)揮國(guó)網(wǎng)公司企業(yè)責(zé)任作出了積極貢獻(xiàn)，助力國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，具有良好的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。