提升可靠性的断路器脊柱法兰带电检漏工器具设计改进

引言

因大部分电气设备采用了超过百分之七的SF6 气体来熄弧、保持绝缘，久而久之脊椎接头密封圈和管道的磨损问题容易出现，导致SF6 压力降低 题时有发生。 现阶段所使用到的带电检测漏失的方法因为其范围的安全受到限制，仅能部分发现其 1 图像技术很难辨识其泄露情况，需要采用带电补气措施，其浪费人力物力，并且未快速补 的情况下容易 开关跳闸或灭弧室爆裂等问题，影响电网和人身安全。因此对脊椎接头带电检查仪器进行优化、升级，提高其稳定性、正确性，这是保障电网和人身安全的必备条件。

1、研究背景与意义

1.1 国内外研究现状

目前，世界上大多数SF6 开关设备的泄漏检测工具都是采用接触和非接触检测法。其中前者由于需要接触和操作设备，安全距离受限；后者如红外传感 以在相对远的地方工作，但是对于小量程气体泄漏的检测较差，而进行了一些升级的检测工具虽 检测精度但是其还是无法解决绝缘操作和全面性之间的冲突，因此，研制一款保证用户安全和具备全面性的检测设备成为行业的迫切需求。

.2 本文主要研究内容与结构

本文主要以改进式对断路器中隔柱法兰带电泄漏检测工具的设计为主题，主要内容如下：以现行检测泄露的方法存在的问题的分析作为第一方面；再以改进式工器具的整体设计和工作原理进行分析作为第二方面；随后通过重要的配件优化设计作为第三方面；最后通过对性能检测及稳定的实验验证作为第四方面。通过各方面细致的分析结合实际工作情况，认为这种工器具对检测泄漏速度和安全性都有较高的提高。分别列出文首介绍本文所论述的主题；中间两节说明当前工器检测泄露问题存在的原因；随后具体阐述本工器的设计理念；而后以性能检测的流程作为主要内容；最后以参考文献作出本文所介绍内容的汇总。

2、现有断路器脊柱法兰检漏方法及存在问题

2.1 传统带电检漏方法的局限性

一是受限性操作和不完整性的检查。由于当SF6 断路器运行时会产生高压的电流，所以工作人员必须要遵循严格的安全部署，这就使得普通的带电检漏仪器只能接触到外界或者靠近密封面的位置，而不能够彻底探查到隐蔽的部分，例如背部、角落、高位置等，这就形成了众多漏洞。二是传统方式依靠人拿着工具近距离接触操作，但是其受限性较为严重，这就容易被人的经验与角度所影响而导致疏漏的出现。且工作人员在操作的过程中需要经常变换自己的位置来实现多地区测试，这就加大了工作的难度，也可能造成过大操作，带来危险。

2.2 红外成像检漏法

主要表现为缺乏对小泄漏故障的识别方法。它依靠探测 SF6 气体泄漏所导致的热分布变化或热辐射特征进行监视，但如果每年泄漏量<1%，泄漏量小 散落较快， 导致 差 号很小，超出了红外影像仪器的分辨率范围，导致小泄漏的早期安全隐 有被 有效 红外影 受环境干扰，如强阳光直射、设备污秽、结露等，会显著降低红 对比度，从而影响诊断精度。 而且， 法只能定性出漏点方位，不能精确定位漏气的位置(如某个密封圈的某一裂纹处)，为后续维修带来不便，同时设备费用太高，让基层维修单位难以推广，不能满足大量断路器检测需求。

2.3 现有方法导致的安全与效率问题

从安全性出发，不论是传统方法还是红外视频诊断方法都不能完全规避风险，也就是说脊柱法兰等部位的小泄漏会一直持续且随使用时间推移越来越大，最终会导致设备内部 SF6 气压下降到安全运行的危险区内，从而影响灭弧能力和绝缘性，甚至会导致断路器拒动或者熄弧室内爆炸，严重威胁电网安全运行和人身安全。从效率方面来说，由于漏掉率高，运维人员需多次为气压低于额定的断路器补充气体，浪费了很多物质和人力资源，增加设备停运时间从而降低了供电可靠性。

3、断路器脊柱法兰带电检漏工器具设计改进方案

3.1 设计目标与原则紧密围绕解决现有方法的痛点

研制的目的就是要得到可以摆脱安全范围以外完成断路器脊柱法兰全密封遮盖的电气泄漏测试仪，并能够准确定位低于每年0.5%漏气的微小漏气区域，有效工作半径 3m 内所有藏匿处，并且总质量不能超过2kg，携带轻便并且易于操作，其次保证测试仪能够提供足够绝缘强度来保护设备带电部分，满足110kV 以上的电压等级，避免操作过程发生触电或放电。设计原则以安全为第一重点，所有金属均应被绝缘物隔离，绝缘棒绝缘电阻值应大于1012Ω;第二是全方面为基石，通过可变设计消除死角，确保全方面覆盖，脊柱法兰的表面，正面反面，角部、接头的部位均得到检测;第三准确为原则，采用敏感度对 SF6 气体反应强的绝缘泡沫试剂，确保微小泄漏也会造成明显的气泡反应。

3.2 整体结构与工作原理

主要包括五部分：伸缩式绝缘操作杆（可伸长长度为 0.8~3m，采用多级插拔方式，采用梅花连接头实现了全方位旋转调整）；组合喷雾装置（包括15W 变频喷雾泵、容量为200ml 密闭试验液体容器、电动挤压泵）；高解析拍摄检测设备（1080p 像素级摄像机，上下 350^∘ 和左右 90^∘ 角度旋转，配备LED 补光灯）；无线遥控系统（手持遥控器和自带锂电池，工作时间至少六小时）；隔离开关试验泡沫介质（由聚醚多元醇和SF6 传感添加剂混合组成，具有10GΩ以上绝缘电阻）。其工作方式为：通过手持式遥控器在远离一米五的安全距离内将绝缘杆移动到合适端口密封面，对摄像头拍摄角度进行旋转调整以对相应区域进行检查，启动喷雾泵，将隔离开关试验泡沫以雾状覆盖于脊柱法兰表面，形成泡沫层厚度约 5～10mm 。

3.3 关键部件设计改进

用环氧树脂-玻璃纤维组合材料制得高压绝缘操作杆，该材料耐高压、抗氧化老化，耐受工频高压测试结果为，在110kV 工频电压下持续60s，未出现断裂及短路现象。为保证稳定性和固定牢固，每个接头都设置防滑固定锁扣。尾端与喷雾装置通过万向节连接，可调角+/-45°，可轻松触及脊柱法兰后方的盲区部分。喷雾系统执行器选用可调功率，可选用低功率(5W)，用于处理精细表面(比如橡胶垫接合处)以避免过多泡沫堆积，也可采用高功率(15W)，用于大直径管道，确保完整覆盖。试剂瓶为透明聚四氟乙烯，方便观察试剂余量，转动约 30^∘ 即可快速更换试剂瓶，配备防溢环，防止试剂泄漏，使设备受到污染。

表1 断路器脊柱法兰带电检漏工器具设计改进关键部件表

结论

本文提出的新型断路器脊柱法兰带电检测泄露装置结合绝缘延长杆、调节功率的喷雾泵头、转动拍照仪和绝缘泡沫测试液，可带电全面检查密封表面是否泄漏，便于每个部位的接触，通过观察泡沫的变化确定漏气点，突破了现有检测方式的局限，试验证明其能够快速检测出隐患部位，节省停工时间和材料成本，减少安全隐患风险，大大保障断路器的可靠性及安全性。

参考文献

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