SF6断路器法兰式检气转换头固定装置研制

翟文杰

摘要：针对乌海电业局室外部分SF6断路器检气阀组更换为免拆卸校验三通阀，试验人员检气时需接法兰式转换头，导致检气繁琐、耗时变长。为此，设计可调式双G型夹转换头固定装置，改变法兰式转换头传统用螺丝紧固方式，将紧固时间由10min縮短为40s，并且适用不同尺寸的法兰式转换头。现场使用证明，可调式双G型夹不但达到紧固目的，降低了转换头紧固难度和力度，而且检气时间大大缩短，提高了工作效率。

关键字：G型夹;法兰式转换头;三通阀;可调式双G型夹

0引言

SF6断路器是变电站的主要设备之一，用来切断和接通大电流负荷电路以及切断故障电路，在电力系统中起着举足轻重作用[1]。判断SF6气体成分是否合格，需要在试验周期内对SF6气体定期开展成分检测工作[2]。

根据国家电网有限公司发布的《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》中“防止GIS、开关设备事故”12.1.1.3.1规定：SF6密度继电器与开关设备本体之间连接方式应满足不拆卸校验密度器的要求[3]。根据反措要求，乌海电业局对存在上述缺陷的SF6断路器气阀统一更换为免拆卸校验三通阀，由于更换后的SF6断路器检气时需要用到法兰式转换头，导致检气时间变长，工作效率降低。因此，设计一种法兰式转换头紧固装置，缩短检气时间是十分必要的。

1. 法兰式转换头传统紧固方式不足

乌海电业局某些SF6断路器安装的免拆卸校验三通阀及针对此三通阀检气口所需的法兰式检气转换头，免拆卸校验三通阀可以通过开关旋钮使之与本体气体隔离，方便微水检测、补气，无需拆卸，但检气时需将三通阀检（充）气口护盖取下，将法兰式转换头用螺丝紧固在设备检气口上，然后连接SF6成分检测仪检气管，才可以检气。

与之前常规检气试验比较，由于需要对法兰式转换头通过螺丝进行拆卸与安装，导致检气时间大大延长。现场测试发现，单独紧固和拆卸法兰式转换头螺丝大概将需要10min，并且由于操作空间狭小且需重复拆卸紧固螺丝，导致试验人员浪费大量体力。

2. 可调式双G型夹固定装置

本文最初采用木工使用的G型夹工作原理，通过采用螺纹旋进式设计，调整丝杆螺栓来控制松紧程度，使工作人员用较小的旋转力就可以夹持物件[4]，从而可以改变法兰式转换头以往用螺丝紧固的方式。

2.1 工作原理及结构组成

可调式双G型夹固定装置利用G型夹工作原理，进行改进设计，如图1所示。该固定装置由固定臂、固定臂横梁、顶杆、顶杆横梁、V型螺母、旋转螺杆、旋转把手共七部分组成，采用45#高强度钢材加工而成，保证了装置的机械强度。

可调式双G型夹将两个G型夹通过机械巧妙组合来实现夹持功能，通过一个旋转螺杆旋转同时控制两个G型夹顶杆顶进，并可以自由调节所要夹持的范围，夹持力量大，完全满足市场法兰式转检气换头尺寸需要。

2.2 紧固装置优点

综上所述，可调式双G型夹存在以下优点：

（1）各个部分均可以灵活拆卸，方便后期的维护、更换。

（2）通过对顶杆横梁和固定臂横梁横向开槽，保证顶杆和固定臂可以横向滑动，实现可调节功能，从而满足更多型号转换头;

（3）顶杆和固定臂调节过程中固定方式均采用4个V型螺母分别控制，与普通螺母对比，更方便操作人员用较小的力就可对顶杆和固定臂进行调节、固定。

3 力学原理分析

SF6断路器气室免拆卸校验三通阀检气口为顶针式检气阀，检气时，通过外力压迫顶针向里发生位移，与挡板之间产生空隙，气室内的气体便从空隙逸出，进行检气。当检气结束时，撤销对顶针的压力，顶针便在弹簧恢复力的作用下与挡板无缝贴合。

通过压力测试仪测得，免校验三通阀检气口通过压力表测试需要把顶针顶回去的压力大概为320N，而正常成年人的手臂的推力为280N左右。人在如此费力的情况下，很难直接将检气转换头精准推入，因此本文设计螺纹杆旋转来解决弹簧力压力过大的问题。

首先对旋转螺杆螺纹的力学分解进行计算，装置旋转螺杆采用公制螺纹即牙型角为60°的非矩形螺纹。圆周力除以螺旋升角的正切值即是轴向力F（不考虑摩擦阻力的影响）[5]。

则旋转螺杆产生的向下轴向力可按式（1）进行计算：

式中：d1—旋转把手长度;d—螺纹外径;h—螺距;F1—作用力;Tanθ—螺旋升角的正切值;θ—公制螺纹的牙型角为60°

从公式（1）看出，要想增大旋转螺杆的推力F，则需加大作用力F1、或增长旋转把手长度d1，或减小螺纹杆螺距h。在保证装置结构、强度满足要求的前提下，只要选定旋转把手长度和旋转螺纹杆尺寸合理，施加一个很小的旋转力就可以得到F1≥F。

可调式双G型夹装置为满足强度、旋转力以及现场工作空间要求，综合考虑，旋转螺纹杆采用直径d为8mm的不锈钢进行车削，而通过查阅公制螺纹（国标粗牙）规格表，直径8mm的螺杆螺纹对应的螺距h为1.25mm，考虑到紧固装置外观美观以及操作方便，装置旋转把手采用一字把手，长度d1设计为60mm，将数据带入（1）式中。

则需要施加的旋转力：

通过计算，操作人员手部手部施加一个不到2.2N的旋转力即可轻松将三通阀检气口顶针推开进行检气。因此，可调式双G型夹固定装置现场使用非常省力。

4 结语

本文研制的可调式双G型夹紧固装置结构简单、操作简便、实用性强，适用不同尺寸检气转换头。通过双G型夹旋转螺杆和旋转把手的设计，将顶针纵向推力通过螺纹和旋转把手直接转化为较小的力，改变了法兰式转换头传统用螺丝紧固的方式，方便现场检气和补气工作，降低劳动强度，紧固时间由10min缩短为大概40s，缩短停电检修时间。

参考文献：

[1] 张弛. 高压断路器在线监测与故障诊断系统研究[D].北京交通大学，2007.

[2] 彭佳. 500kV SF6断路器的气体微水检测和研究[D].福州大学，2014.

[3] 《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》辅导教材[M].中国电力出版社，国家电网有限公司司， 2018

[4] 廖平平. G字夹用于CFRP板加固钢梁抗剥离试验研究[D].中南大学，2013.

[5]武洁良，宫学艳，苑雪梅，杨晓悦，李晓晨.电流互感器顶珠式取样阀取样转接装置设计及试用[J].内蒙古电力技术，2019，37（03）：67-70.