中壓環網配電開關充氣柜泄壓裝置的設計

汪旭，雪向兵

（庫柏愛迪生（平頂山）電子科技有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

在充氣柜運行過程中一旦出現回路短路故障，在數萬安倍的短路電流作用下，柜內會瞬間產生高溫高壓氣體。若高溫高壓氣體在狹窄的柜體內不能在極短的時間內得到有效釋放，會造成充氣柜的炸裂，相鄰充氣柜損壞，同時又可能傷及人身安全，所以充氣柜需要有效的泄壓措施來排放集聚在柜體內的高溫高壓氣體[1]。

1 標準規定

GB3906第6節型式試驗中6.103.1規定：具有壓力釋放裝置的充氣隔室的壓力耐受試驗：應將相對壓力升高至設計壓力的1.3倍并保持1min，壓力釋放裝置不應動作；然后將靜壓力升高至設計壓力的3倍，低于此壓力時，壓力釋放裝置可能動作，只要符合制造廠的設計是可以接受的。此打開壓力釋放裝置的壓力應記錄在型式試驗報告中。試驗后，隔室可能變形，但不應破裂。

2 相關計算

由圖1可定義為：

圖1 壓力與氣體密度、溫度變化曲線

額定充氣壓力0.03MPa

最高運行氣體壓力0.07MPa。

充氣殼體的設計壓力為0.07MPa，充氣殼體的壓力釋放由壓力釋放裝置控制，壓力釋放裝置應該準確動作，起到壓力釋放的作用。

充氣殼體的壓力耐受試驗。

對充氣殼體先進行試驗壓力為（1.3倍的0.07）0.091MPa、保持時間1Min的壓力耐受試驗。試驗時壓力釋放裝置不應動作。

然后，對充氣殼體進行試驗壓力預期值為（3倍的0.07）0.21MPa的壓力耐受試驗。試驗時壓力釋放裝置應先動作以釋放壓力，壓力釋放動作值應大于0.12MPa。試驗后，充氣殼體除壓力釋放裝置外其它部分不得破裂或損壞。允許有不影響操作的永久變形，試驗后的殼體不得在產品中使用。

當出現電弧故障，氣體壓力達到0.14（±0.02）MPa時，可靠的壓力釋放裝置爆破，保障操作人員的人身安全；

泄壓裝置設計標準如表1：

表1 爆破壓力允差

GB567：爆破片與爆破裝置

GB150：鋼制壓力容器

國家質量技術監督局：壓力容器安全技術監察規程

GB/T12353：拱形金屬爆破片裝置分類與安裝尺寸

2.1 具體設計

爆破片材料性能是影響爆破壓力的一個重要因素，選用時應考慮材料的適用溫度，同時還需考慮材料對介質的耐腐蝕能力，爆破片所用材料不允許被介質腐蝕，需要時可在與介質接觸的表面噴涂氟塑料作為防腐保護膜[2]。

爆破溫度是與爆破壓力相應的壓力敏感元件壁的溫度。溫度是影響爆破片爆破壓力的一個重要參數，隨著溫度的變化，金屬材料的強度極限、延伸率及彈性模量也將發生變化，通常情況下，爆破片爆破壓力隨著溫度的升高而降低。

按照《壓力容器安全技術監察規程》的規定，爆破片的設計爆破壓力不得大于壓力容器的設計壓力，且爆破片最小設計爆破壓力不應小于壓力容器最高工作壓力的1.05倍。

參閱相關資料可得出，泄壓裝置的額定壓力一般是最高運行壓力的2倍，2倍的0.07，為0.14，公差查表為0.02，即0.14±0.02。泄壓裝置結構如圖3和圖4。

圖3 泄壓裝置結構簡圖

圖4 泄壓裝置結構組成圖示

主開關室后下部裝有壓力釋放裝置。

當出現電弧故障，氣體壓力達到0.14（±0.02）MPa時，可靠的壓力釋放裝置爆破，保障操作人員的人身安全。

主開關室裝有壓力表，可監視箱體內SF6氣體的壓力，確保開關運行的安全性；

SF6氣體額定壓力為0.03MPa（20℃表壓）；在0表壓時，承受工頻42k V耐受電壓；

SF6氣體年泄漏率≤0.05%（國家標準≤0.1%）；

如圖5所示，氣箱柜內底部裝有分子篩，用于吸收氣體中的微量水分，保證氣體良好的絕緣性能。SF6氣體水份含量（V/V）≤150ppm（國家標準≤500ppm）。通過抽真空設備進行充氣，洗氣，檢漏，合格后流向下一工序。

圖5 泄壓裝置位置示意

2.2 泄壓的方向分為以下幾種泄壓方式

上部泄壓，下部泄壓，后部泄壓。

可根據現場環境的不同采取不同的泄壓方式，但目前大多采用下部泄壓方式，如圖6所示。

圖6 向下泄壓

3 試驗驗證

3.1 試驗條件

充氣隔室外殼設計壓力為0.07MPa（表壓），氣箱除了泄壓閥部位外需進行密封，防爆閥采用2MM厚不銹鋼，試驗用的壓力介質為水。

3.2 試驗過程

（1）按照要求將相對壓力升高到設計壓力的1.3倍并保持1min：充氣隔室注水加壓至0.091MPa（表壓），保持時間1min，壓力釋放裝置不動作。（2）按照要求將壓力從設計壓力的1.3倍升高到設計壓力的3倍（在此過程中壓力釋放裝置也可動作）。

注：不同的試驗階段需使用測試工裝，量取并記錄階段性的充氣隔室的變形量。

3.3 試驗后檢查

（1）殼體無其他損壞。（2）試品操作正常。

3.4 試驗合格案例

以上就標準要求，設計，試驗等三方面對泄壓裝置進行了介紹（如圖7），以便更好地優化泄壓的設計，泄壓裝置的有效與否直接關乎開關設備的使用安全，內燃弧的功能近年來已經被電網客戶作為關鍵參數并抽檢，有效泄壓是內燃弧功能滿足的關鍵因素之一[3]。

圖7 試驗過程示意

4 結語

隨著國家的經濟發展和科技進步，電氣控制系統的運用范圍越來越廣。每一個電氣控制系統中，中壓電氣開關柜都是不可或缺的重要設備。因此本文集中闡述了中壓環網配電開關充氣柜泄壓裝置的設計技術，通過采取不同的泄壓方式，說明爆破片的材質厚度選用對中壓環網配電開關充氣柜泄壓裝置的設計至關重要。