SF6斷路器法蘭式檢氣轉(zhuǎn)換頭固定裝置研制

翟文杰

摘要：針對烏海電業(yè)局室外部分SF6斷路器檢氣閥組更換為免拆卸校驗(yàn)三通閥，試驗(yàn)人員檢氣時(shí)需接法蘭式轉(zhuǎn)換頭，導(dǎo)致檢氣繁瑣、耗時(shí)變長。為此，設(shè)計(jì)可調(diào)式雙G型夾轉(zhuǎn)換頭固定裝置，改變法蘭式轉(zhuǎn)換頭傳統(tǒng)用螺絲緊固方式，將緊固時(shí)間由10min縮短為40s，并且適用不同尺寸的法蘭式轉(zhuǎn)換頭?，F(xiàn)場使用證明，可調(diào)式雙G型夾不但達(dá)到緊固目的，降低了轉(zhuǎn)換頭緊固難度和力度，而且檢氣時(shí)間大大縮短，提高了工作效率。

關(guān)鍵字：G型夾;法蘭式轉(zhuǎn)換頭;三通閥;可調(diào)式雙G型夾

0引言

SF6斷路器是變電站的主要設(shè)備之一，用來切斷和接通大電流負(fù)荷電路以及切斷故障電路，在電力系統(tǒng)中起著舉足輕重作用[1]。判斷SF6氣體成分是否合格，需要在試驗(yàn)周期內(nèi)對SF6氣體定期開展成分檢測工作[2]。

根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布的《國家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中“防止GIS、開關(guān)設(shè)備事故”12.1.1.3.1規(guī)定：SF6密度繼電器與開關(guān)設(shè)備本體之間連接方式應(yīng)滿足不拆卸校驗(yàn)密度器的要求[3]。根據(jù)反措要求，烏海電業(yè)局對存在上述缺陷的SF6斷路器氣閥統(tǒng)一更換為免拆卸校驗(yàn)三通閥，由于更換后的SF6斷路器檢氣時(shí)需要用到法蘭式轉(zhuǎn)換頭，導(dǎo)致檢氣時(shí)間變長，工作效率降低。因此，設(shè)計(jì)一種法蘭式轉(zhuǎn)換頭緊固裝置，縮短檢氣時(shí)間是十分必要的。

1. 法蘭式轉(zhuǎn)換頭傳統(tǒng)緊固方式不足

烏海電業(yè)局某些SF6斷路器安裝的免拆卸校驗(yàn)三通閥及針對此三通閥檢氣口所需的法蘭式檢氣轉(zhuǎn)換頭，免拆卸校驗(yàn)三通閥可以通過開關(guān)旋鈕使之與本體氣體隔離，方便微水檢測、補(bǔ)氣，無需拆卸，但檢氣時(shí)需將三通閥檢（充）氣口護(hù)蓋取下，將法蘭式轉(zhuǎn)換頭用螺絲緊固在設(shè)備檢氣口上，然后連接SF6成分檢測儀檢氣管，才可以檢氣。

與之前常規(guī)檢氣試驗(yàn)比較，由于需要對法蘭式轉(zhuǎn)換頭通過螺絲進(jìn)行拆卸與安裝，導(dǎo)致檢氣時(shí)間大大延長。現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)緊固和拆卸法蘭式轉(zhuǎn)換頭螺絲大概將需要10min，并且由于操作空間狹小且需重復(fù)拆卸緊固螺絲，導(dǎo)致試驗(yàn)人員浪費(fèi)大量體力。

2. 可調(diào)式雙G型夾固定裝置

本文最初采用木工使用的G型夾工作原理，通過采用螺紋旋進(jìn)式設(shè)計(jì)，調(diào)整絲桿螺栓來控制松緊程度，使工作人員用較小的旋轉(zhuǎn)力就可以夾持物件[4]，從而可以改變法蘭式轉(zhuǎn)換頭以往用螺絲緊固的方式。

2.1 工作原理及結(jié)構(gòu)組成

可調(diào)式雙G型夾固定裝置利用G型夾工作原理，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，如圖1所示。該固定裝置由固定臂、固定臂橫梁、頂桿、頂桿橫梁、V型螺母、旋轉(zhuǎn)螺桿、旋轉(zhuǎn)把手共七部分組成，采用45#高強(qiáng)度鋼材加工而成，保證了裝置的機(jī)械強(qiáng)度。

可調(diào)式雙G型夾將兩個(gè)G型夾通過機(jī)械巧妙組合來實(shí)現(xiàn)夾持功能，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)同時(shí)控制兩個(gè)G型夾頂桿頂進(jìn)，并可以自由調(diào)節(jié)所要夾持的范圍，夾持力量大，完全滿足市場法蘭式轉(zhuǎn)檢氣換頭尺寸需要。

2.2 緊固裝置優(yōu)點(diǎn)

綜上所述，可調(diào)式雙G型夾存在以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）各個(gè)部分均可以靈活拆卸，方便后期的維護(hù)、更換。

（2）通過對頂桿橫梁和固定臂橫梁橫向開槽，保證頂桿和固定臂可以橫向滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)功能，從而滿足更多型號(hào)轉(zhuǎn)換頭;

（3）頂桿和固定臂調(diào)節(jié)過程中固定方式均采用4個(gè)V型螺母分別控制，與普通螺母對比，更方便操作人員用較小的力就可對頂桿和固定臂進(jìn)行調(diào)節(jié)、固定。

3 力學(xué)原理分析

SF6斷路器氣室免拆卸校驗(yàn)三通閥檢氣口為頂針式檢氣閥，檢氣時(shí)，通過外力壓迫頂針向里發(fā)生位移，與擋板之間產(chǎn)生空隙，氣室內(nèi)的氣體便從空隙逸出，進(jìn)行檢氣。當(dāng)檢氣結(jié)束時(shí)，撤銷對頂針的壓力，頂針便在彈簧恢復(fù)力的作用下與擋板無縫貼合。

通過壓力測試儀測得，免校驗(yàn)三通閥檢氣口通過壓力表測試需要把頂針頂回去的壓力大概為320N，而正常成年人的手臂的推力為280N左右。人在如此費(fèi)力的情況下，很難直接將檢氣轉(zhuǎn)換頭精準(zhǔn)推入，因此本文設(shè)計(jì)螺紋桿旋轉(zhuǎn)來解決彈簧力壓力過大的問題。

首先對旋轉(zhuǎn)螺桿螺紋的力學(xué)分解進(jìn)行計(jì)算，裝置旋轉(zhuǎn)螺桿采用公制螺紋即牙型角為60°的非矩形螺紋。圓周力除以螺旋升角的正切值即是軸向力F（不考慮摩擦阻力的影響）[5]。

則旋轉(zhuǎn)螺桿產(chǎn)生的向下軸向力可按式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：d1—旋轉(zhuǎn)把手長度;d—螺紋外徑;h—螺距;F1—作用力;Tanθ—螺旋升角的正切值;θ—公制螺紋的牙型角為60°

從公式（1）看出，要想增大旋轉(zhuǎn)螺桿的推力F，則需加大作用力F1、或增長旋轉(zhuǎn)把手長度d1，或減小螺紋桿螺距h。在保證裝置結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度滿足要求的前提下，只要選定旋轉(zhuǎn)把手長度和旋轉(zhuǎn)螺紋桿尺寸合理，施加一個(gè)很小的旋轉(zhuǎn)力就可以得到F1≥F。

可調(diào)式雙G型夾裝置為滿足強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)力以及現(xiàn)場工作空間要求，綜合考慮，旋轉(zhuǎn)螺紋桿采用直徑d為8mm的不銹鋼進(jìn)行車削，而通過查閱公制螺紋（國標(biāo)粗牙）規(guī)格表，直徑8mm的螺桿螺紋對應(yīng)的螺距h為1.25mm，考慮到緊固裝置外觀美觀以及操作方便，裝置旋轉(zhuǎn)把手采用一字把手，長度d1設(shè)計(jì)為60mm，將數(shù)據(jù)帶入（1）式中。

則需要施加的旋轉(zhuǎn)力：

通過計(jì)算，操作人員手部手部施加一個(gè)不到2.2N的旋轉(zhuǎn)力即可輕松將三通閥檢氣口頂針推開進(jìn)行檢氣。因此，可調(diào)式雙G型夾固定裝置現(xiàn)場使用非常省力。

4 結(jié)語

本文研制的可調(diào)式雙G型夾緊固裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、實(shí)用性強(qiáng)，適用不同尺寸檢氣轉(zhuǎn)換頭。通過雙G型夾旋轉(zhuǎn)螺桿和旋轉(zhuǎn)把手的設(shè)計(jì)，將頂針縱向推力通過螺紋和旋轉(zhuǎn)把手直接轉(zhuǎn)化為較小的力，改變了法蘭式轉(zhuǎn)換頭傳統(tǒng)用螺絲緊固的方式，方便現(xiàn)場檢氣和補(bǔ)氣工作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，緊固時(shí)間由10min縮短為大概40s，縮短停電檢修時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張弛. 高壓斷路器在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[D].北京交通大學(xué)，2007.

[2] 彭佳. 500kV SF6斷路器的氣體微水檢測和研究[D].福州大學(xué)，2014.

[3] 《國家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》輔導(dǎo)教材[M].中國電力出版社，國家電網(wǎng)有限公司司， 2018

[4] 廖平平. G字夾用于CFRP板加固鋼梁抗剝離試驗(yàn)研究[D].中南大學(xué)，2013.

[5]武潔良，宮學(xué)艷，苑雪梅，楊曉悅，李曉晨.電流互感器頂珠式取樣閥取樣轉(zhuǎn)接裝置設(shè)計(jì)及試用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2019，37（03）：67-70.