SF6斷路器法蘭式檢氣轉換頭固定裝置研制

翟文杰

摘要：針對烏海電業局室外部分SF6斷路器檢氣閥組更換為免拆卸校驗三通閥，試驗人員檢氣時需接法蘭式轉換頭，導致檢氣繁瑣、耗時變長。為此，設計可調式雙G型夾轉換頭固定裝置，改變法蘭式轉換頭傳統用螺絲緊固方式，將緊固時間由10min縮短為40s，并且適用不同尺寸的法蘭式轉換頭。現場使用證明，可調式雙G型夾不但達到緊固目的，降低了轉換頭緊固難度和力度，而且檢氣時間大大縮短，提高了工作效率。

關鍵字：G型夾;法蘭式轉換頭;三通閥;可調式雙G型夾

0引言

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

根據國家電網有限公司發布的《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》中“防止GIS、開關設備事故”12.1.1.3.1規定：SF6密度繼電器與開關設備本體之間連接方式應滿足不拆卸校驗密度器的要求[3]。根據反措要求，烏海電業局對存在上述缺陷的SF6斷路器氣閥統一更換為免拆卸校驗三通閥，由于更換后的SF6斷路器檢氣時需要用到法蘭式轉換頭，導致檢氣時間變長，工作效率降低。因此，設計一種法蘭式轉換頭緊固裝置，縮短檢氣時間是十分必要的。

1. 法蘭式轉換頭傳統緊固方式不足

烏海電業局某些SF6斷路器安裝的免拆卸校驗三通閥及針對此三通閥檢氣口所需的法蘭式檢氣轉換頭，免拆卸校驗三通閥可以通過開關旋鈕使之與本體氣體隔離，方便微水檢測、補氣，無需拆卸，但檢氣時需將三通閥檢（充）氣口護蓋取下，將法蘭式轉換頭用螺絲緊固在設備檢氣口上，然后連接SF6成分檢測儀檢氣管，才可以檢氣。

與之前常規檢氣試驗比較，由于需要對法蘭式轉換頭通過螺絲進行拆卸與安裝，導致檢氣時間大大延長。現場測試發現，單獨緊固和拆卸法蘭式轉換頭螺絲大概將需要10min，并且由于操作空間狹小且需重復拆卸緊固螺絲，導致試驗人員浪費大量體力。

2. 可調式雙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，通過采用螺紋旋進式設計，調整絲桿螺栓來控制松緊程度，使工作人員用較小的旋轉力就可以夾持物件[4]，從而可以改變法蘭式轉換頭以往用螺絲緊固的方式。

2.1 工作原理及結構組成

可調式雙G型夾固定裝置利用G型夾工作原理，進行改進設計，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、旋轉螺桿、旋轉把手共七部分組成，采用45#高強度鋼材加工而成，保證了裝置的機械強度。

可調式雙G型夾將兩個G型夾通過機械巧妙組合來實現夾持功能，通過一個旋轉螺桿旋轉同時控制兩個G型夾頂桿頂進，并可以自由調節所要夾持的范圍，夾持力量大，完全滿足市場法蘭式轉檢氣換頭尺寸需要。

2.2 緊固裝置優點

綜上所述，可調式雙G型夾存在以下優點：

（1）各個部分均可以靈活拆卸，方便后期的維護、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，實現可調節功能，從而滿足更多型號轉換頭;

（3）頂桿和固定臂調節過程中固定方式均采用4個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行調節、固定。

3 力學原理分析

SF6斷路器氣室免拆卸校驗三通閥檢氣口為頂針式檢氣閥，檢氣時，通過外力壓迫頂針向里發生位移，與擋板之間產生空隙，氣室內的氣體便從空隙逸出，進行檢氣。當檢氣結束時，撤銷對頂針的壓力，頂針便在彈簧恢復力的作用下與擋板無縫貼合。

通過壓力測試儀測得，免校驗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。人在如此費力的情況下，很難直接將檢氣轉換頭精準推入，因此本文設計螺紋桿旋轉來解決彈簧力壓力過大的問題。

首先對旋轉螺桿螺紋的力學分解進行計算，裝置旋轉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]。

則旋轉螺桿產生的向下軸向力可按式（1）進行計算：

式中：d1—旋轉把手長度;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，要想增大旋轉螺桿的推力F，則需加大作用力F1、或增長旋轉把手長度d1，或減小螺紋桿螺距h。在保證裝置結構、強度滿足要求的前提下，只要選定旋轉把手長度和旋轉螺紋桿尺寸合理，施加一個很小的旋轉力就可以得到F1≥F。

可調式雙G型夾裝置為滿足強度、旋轉力以及現場工作空間要求，綜合考慮，旋轉螺紋桿采用直徑d為8mm的不銹鋼進行車削，而通過查閱公制螺紋（國標粗牙）規格表，直徑8mm的螺桿螺紋對應的螺距h為1.25mm，考慮到緊固裝置外觀美觀以及操作方便，裝置旋轉把手采用一字把手，長度d1設計為60mm，將數據帶入（1）式中。

則需要施加的旋轉力：

通過計算，操作人員手部手部施加一個不到2.2N的旋轉力即可輕松將三通閥檢氣口頂針推開進行檢氣。因此，可調式雙G型夾固定裝置現場使用非常省力。

4 結語

本文研制的可調式雙G型夾緊固裝置結構簡單、操作簡便、實用性強，適用不同尺寸檢氣轉換頭。通過雙G型夾旋轉螺桿和旋轉把手的設計，將頂針縱向推力通過螺紋和旋轉把手直接轉化為較小的力，改變了法蘭式轉換頭傳統用螺絲緊固的方式，方便現場檢氣和補氣工作，降低勞動強度，緊固時間由10min縮短為大概40s，縮短停電檢修時間。

參考文獻：

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

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

[3] 《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》輔導教材[M].中國電力出版社，國家電網有限公司司， 2018

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

[5]武潔良，宮學艷，苑雪梅，楊曉悅，李曉晨.電流互感器頂珠式取樣閥取樣轉接裝置設計及試用[J].內蒙古電力技術，2019，37（03）：67-70.