新型可调式量尺的设计和应用

严晓波, 万 佳

(上海大华电器设备有限公司, 上海 201812)

0 引 言

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)安装后由于周围环境温度的变化,特别是早晚温差变化,以及通电后发热部件产生的温升等原因,使金属壳体变化而产生热伸缩,甚至于当受到地基沉降或地震等原因也会使金属壳体产生径向位移。增设波纹管后能有效杜绝壳体自身受温度等影响而产生的变形,使伸缩产生的变形量在波纹管上体现。GIS工程应用中一般采用热伸缩波纹管配合滑动支撑吸收GIS设备运行时产生的变形,这类波纹管结构简单且经济性好。热伸缩波纹管一般在左侧用法兰进行连接固定,在右侧法兰处根据伸缩变化量来松开一定尺寸的长度[1-2]。

波纹管伸缩量需综合考虑电站内外的环境温度的变化、安装时的年温度变化以及日温度变化、特别是早晚温差的变化、GIS设备通电产生热伸缩的自身金属壳体温升的变化以及母线长度等参数,同时还需要考虑钢筋混凝土基础的变化量。热伸缩波纹管在GIS设备中的长度一般都小于485 mm,因此可以通过计算可知波纹管的年伸缩变形量为±10 mm。

通过测量波纹管的伸缩变形量的大小可以有效判断出当环境温度变化时GIS设备的实际变化情况,从而能有针对性的应对措施,如当温度过高或过低时可调节电站内空调的温度来中和温度的变化情况,从而能有效防止因温度而造成GIS设备的损坏,进而造成电网系统运行的不平稳。GIS设备适用于各电压等级≥12 kV的电站内,而本文主要从12 kV电站内的GIS设备进行描述。

不同厂家设计的热伸缩波纹管的尺寸如表1所示,其中a为左法兰宽度尺寸,b为波纹管长度尺寸,c为右法兰宽度尺寸。

根据表1,各个厂家除右法兰宽度尺寸相近外,左法兰宽度和波纹管长度都是不一样的,且差别也是相当大的,这给现场测量带来难度。

表1 不同厂家设计的热伸缩波纹管的尺寸

1 现有技术方案分析

针对波纹管测量存在的问题,国内多个厂家也做了一定程度的改进,现有产品主要分为卷尺测量和简易测量装置两种类型。

1.1 卷尺测量

卷尺测量是最直接的一种测量方式,即用卷尺直接测量波纹管的变化量。这种测量方式虽然可以满足对不同类型尺寸的波纹管进行测量来知道波纹管的实际变形量,但是局限于在每次想要了解波纹管变形量时都必须使用卷尺才能完成测量,同时也只能测量某一时刻的测量数据。

1.2 简易测量装置

简易测量装置一共分两种,一种是不带刻度尺功能的测量装置,另一种是带刻度尺功能的测量装置。简易测量装置安装简单,分为两个部分,即由固定部件和滑动部件组成,固定部件是固定于一端,而滑动部件则固定于另一端,两者一般通过连接片或连接杆进行重叠连接,连接方式一般采用活动螺栓进行固定。当波纹管伸缩变形时,滑动部件跟随着一起动作,这种装置能实时测量出波纹管不同时刻的变形量。但简易测量装置只能测量某一种波纹管的变形量,当需要测量其他种类尺寸时,需重新制作固定部件及滑动部件,同时活动螺栓也不可靠,容易发生卡滞,造成简易测量装置的损坏。

2 系统设计

针对现有测量装置上存在的不足,结合现场实际情况及现有先进的技术水平,系统设计了一种新型可调式量尺,同时测量不同厂家的波纹管伸缩变形量,同时安装方式简便、稳定、可靠。该量尺具有快速性、稳定性、通用性、高可靠性、高安全性等优点,目前已经在配电站内小范围使用。

2.1 系统组成

新型可调式量尺由左侧固定块组件与右侧固定块组件两部分组成。左、右侧固定块组件结构分别如图1、图2所示。左、右侧固定块组件均由固定板、安装架、顶针螺柱以及刻度尺组成。安装架固定于固定板上,用顶针螺柱将安装架固定于左、右侧法兰上,固定板上方装设刻度尺,当刻度尺装设完毕后,两把刻度尺对零后即新型可调式量尺安装完成。

图1 左侧固定块组件结构图

图2 右侧固定块组件结构图

2.2 系统功能

(1)新型可调式量尺上的固定板上的螺纹孔采用模块化设计,孔距10 mm,可方便左、右侧固定块能快速地安装法兰实际宽度。固定板采用厚度为10 mm,宽度为22 mm,长度150 mm的优质钢材,强度能满足安装或设备震动形成的变形。

(2)量尺的安装架采用沉孔并用平头螺栓与固定板进行固定,安装架之间的尺寸可根据实际左、右侧法兰的宽度进行调整,同时安装架内边采用倒圆角工艺,不仅提升安装架自身的强度,同时能使得安装架能贴合法兰进行安装。

(3)量尺安装架与法兰采用顶针固定方式,即先将略大于法兰宽度的量尺放入法兰,法兰外侧端的螺纹孔用顶针螺柱拧紧,当与法兰连接紧固后再用双螺母进行固定,保证量尺不受设备震动引起顶针脱落。

(4)量尺上的刻度尺安装于固定板上,左侧固定块组件的刻度尺位于上端,右侧固定块组件的刻度尺位于下端,当安装完毕后,两个刻度尺之间留有一定的间隙,可避免由于刻度尺之间摩擦而引起的量尺损坏。刻度尺上腰型孔的作用是当安装完毕后对零有误差时,可通过调节腰型孔来消除偏差。

3 工程应用

该可调式量尺在多个变电站GIS设备中进行了现场安装、测试。测试结果如下:

(1)能根据现场法兰的宽度调节安装架之间的距离,并通过顶针螺栓快速进行固定,固定后量尺未出现晃动、变形等情况,解决了因不同尺寸的法兰和波纹管而导致定制量尺的问题。

(2)通过调节刻度尺上的安装螺丝,方便两个刻度尺的对零,解决了当出现安装误差时无法进行微调的问题。

(3)可在左、右法兰的安装螺丝错位的情况下进行安装,固定块的宽度满足错位螺丝最小的安装间隙,解决了错位螺丝不能安装量尺的问题。

(4)在特殊情况下(波纹管长度大于300 mm),通过将右侧固定块组件改为左侧固定块组件,刻度尺仍采用原右侧固定块组件即可,解决了当波纹管长度过长而无法使用刻度尺的问题。

而针对于12 kV以上电压等级的电站,由于波纹管的尺寸差异较大,因此后续要进行更加深入的研究探讨。

4 结 语

本文对GIS设备中波纹管存在的问题以及现有测量装置的优缺点进行分析,并根据现场实际需求设计了新型可调式量尺。近年来随着GIS设备用量的迅猛增长,新建的GIS电站也随之增加,波纹管热伸缩问题比较突出,如果热伸缩不能可靠测量,可能会造成设备损坏、漏气甚至放电击穿,影响设备运行,造成严重的后果。因此在电站设计时就需要配置新型可调式量尺,才能使产品运行更加安全、稳定可靠、灵活方便。

该量尺的应用有效提高了波纹管测量的精度且无需停电安装,对提高供电可靠性和用户满意度具有一定的促进作用。