一種基于減振原理的新型防爆計量柜研究

董偉鋒　方紹懷　蔣敬鶴　梁永昌　王泉

[摘? ? 要]文章主要分析現有的高壓計量柜設計構造中存在的問題，研究使用計量柜背面底部裝設泄壓閥及防爆膜，實現故障專屬瞬間泄壓通道;研究三級減振防護，通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”梯級防護原理，保證計量柜門不在爆炸產生瞬時力時而直接炸開;以及使用可變色涂料實現計量柜內部溫升監測，實現計量柜內部溫度變化可視化管控，進一步提高風險規避能力等技術方案，實現技術堵漏，最終形成一種基于減振原理的新型防爆計量柜。

[關鍵詞]泄壓閥;防爆膜;減振防護;溫升監測

[中圖分類號]TN402 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]This paper mainly analyzes the problems existing in the design and construction of the existing high-pressure metering cabinet， and studies the use of the pressure relief valve and explosion-proof membrane installed at the bottom of the back of the metering cabinet to realize the fault specific instantaneous pressure relief channel; The three-level shock absorption protection is studied， and the cascade protection principle of "pressure relief valve， explosion-proof membrane and uniform velocity door closer" is adopted to ensure that the metering cabinet door does not explode directly when the explosion produces instantaneous force; As well as the use of color changing paint to realize the internal temperature monitoring of the metering cabinet， realize the visual control of the internal temperature change of the metering cabinet， further improve the risk aversion ability and other technical solutions to realize the technical plugging， and finally form a new type of explosion-proof metering cabinet based on the shock absorption principle.

[Keywords]pressure relief valve; explosion proof membrane; shock absorption protection; temperature rise monitoring

“全國最好2021”是公司服務廣東，走在全國前列、創造新的輝煌，助力南網公司戰略落地的必然要求。安全無小事，責任重于山，安全生產一頭聯系千家萬戶，事關經濟社會穩定大局;一頭關系員工安危，事關公司生存發展。為確保公司決戰決勝“全國最好2021”的目標順利完成，必須強化人身風險管控，守住安全生產目標底線，深入分析當前安全生產工作存在的問題、漏洞，從組織上、技術上尋求改善措施，致力從根源上規避安全生產風險。

聚焦計量運維工作的安全作業管控，根據歷年的安全生產事故案例分析，由于計量高壓互感器電壓一、二次回路短路接地或計量高壓電流互感器電流一、二次回路開路而發生絕緣擊穿、裝置爆炸的事件占比83.2%;由于計量高壓電壓、電流互感器裝置性能質量衰減引發絕緣擊穿故障進而導致爆炸的事件占比16.8%。計量裝置爆炸造成的后果為引發高壓計量柜柜門爆破，瞬間沖量可直接擊倒處于柜門前實行計量正確性六角圖測試分析的計量運維人員，存在重大的安全生產隱患。因此定位至高壓計量柜的結構設計中，分析現有的典型設計標準是否存在可修繕之處，主要問題如下。

①柜體整體結構均采取絕緣鋼材封裝，缺少在發生爆炸故障場景時瞬間釋放壓力沖量的專屬引流通道;②針對高壓柜門的保護措施單一，憑借鋼制螺絲作為唯一的固化保護，缺少應對爆炸場景引發柜門鼓包或爆破的保護措施;③針對電壓互感器發生短路接地故障、電流互感器發生開路故障時裝置內部開始產生絕緣擊穿的故障質變過程，缺少故障警示技術手段，運維人員無法及時發現柜體內部情況而作出應急規避風險的措施。

結合問題調研分析，研究創新技術改進方案，形成一種基于減振原理的新型防爆計量柜，以實現缺陷堵漏。①研究計量柜背面底部裝設泄壓閥及防爆膜，實現故障專屬瞬間泄壓通道;②研究三級減振防護，通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”梯級防護原理，保證計量柜門不在爆炸產生瞬時力時而直接炸開;③研究變色涂料顯示計量柜內部溫度變化，實現計量柜內部溫度變化可視化管控，進一步提高風險規避能力。

1 專屬泄壓通道研究

針對現有高壓計量柜柜體整體結構均采取絕緣鋼材封裝，缺少在發生爆炸故障場景時瞬間釋放壓力沖量的專屬引流通道的問題現狀，采取以下兩項措施。設計改造見圖1。

（1）增設泄壓閥壓力釋放通道，泄壓閥可根據系統的工作壓力能自動啟密，通過型式試驗測試可計算得出高壓計量柜適用的保護壓力閾值，在計量柜背面底部裝設泄壓閥，用于引導高壓、高溫氣流而實現柜體內部壓力瞬間釋放而避免爆炸風險，既符合計量裝置、人員保護的要求也順應防止小動物誤入引發計量故障的隱患消除的要求。

（2）增設防爆膜是針對容器內壓力超過預期閾值時，主動引發薄膜沖破進而實現容器壓力瞬間下降的目的而避免爆炸，在計量柜背面下方設計柜式防爆膜，防爆膜背對作業人員，即使在危險發生時也能保障前方作業人員的安全。以泄壓閥、防爆膜兩道快速泄壓技術方案，形成有效的專屬泄壓通道，有效解決柜體硬件構造的設計漏洞。

2 減振防護原理研究

針對高壓柜門的保護措施單一，憑借鋼制螺絲作為唯一的固化保護，缺少應對爆炸場景引發柜門鼓包或爆破的保護措施的問題現狀，研究三級緩沖減振機制，通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”三道防護工序，通過設定梯級閾值形成梯級減振體系。勻速閉門器設計圖見圖2。一級防護為泄壓閥快速減壓通道，針對爆炸形成的瞬間沖量自動開啟壓力閥，順應專屬通道快速排放，當一級防護滿足泄壓要求時，將不引發防爆膜、“勻速閉門器”動作，有效保護柜體完好性，壓縮故障范圍與運維成本。二級防護為防爆膜主動引爆的快速減壓動作，當一級保護未滿足瞬間泄壓時而立即響應動作，主要引爆、引流而實現故障泄壓，保護柜門不被擊飛，將故障范圍集中于防爆膜處，有效減少故障運維成本。三級防護為“勻速閉門器”，保證計量柜門不在爆炸產生瞬時力時直接彈開，“勻速閉門器”安裝于計量柜內部，在一二級泄壓閥及防爆膜的層級保護作用均未滿足壓力釋放要求時而動作的后備保護，通過齒輪卡扣形成勻速開啟閉合機能，避免瞬間沖量的產生，規避柜門擊飛的風險，有效保障運維人員的人身安全。

3 柜體溫升可視化研究

針對電壓互感器發生短路接地故障、電流互感器發生開路故障時，裝置內部開始產生絕緣擊穿的故障質變過程，缺少故障警示技術手段，運維人員無法及時發現柜體內部情況而作出應急規避風險的措施的問題現狀，研究變色涂料顯示計量柜內部溫度變化技術方案，實現計量柜內部溫度變化可視化管控，進一步提高風險規避能力。根據市場上現有可變色涂料應用于計量柜內，將可變色涂料置于可視窗口周邊，通過計量柜內部溫度變化涂料顏色逐漸加深，用戶及工作人員可通過顏色深淺進行判斷用電設備的使用情況。同時對現有計量柜內發熱板進行改進，發熱更迅速，產生熱能更大，利于及時除潮氣，降低計量柜內濕度，規避雨天季節由于潮氣發生電力電路故障的隱患，確保計量設備安全可靠運行。

4 示例分析

通過模擬場景分析，設定當前存在一戶高級高計用戶，電壓互感器規格型號為10 kV/100 V、電流互感器變比為75 A/5 A，其中PT接線采用V/V接法，PT側B相電壓二次一點接地為中性點;CT接線采用分相接法，CT側二次K2一點接地，電流、電壓二次回路經試驗接線盒接入電能表，形成完整的計量二次回路，巡檢人員登記的用戶電能表A、C相計量元件電能量運行參數為100 V、1 A，折算一次側電壓10 kV、電流15 A。模擬設定故障發生點為試驗接線盒A相電流連接銅片老化而發生開路現象，根據電流互感器的內部構造原理，當二次回路開路時，將在一次側產生高電壓逐步擊穿互感器絕緣介質，此時新型防爆計量柜溫度可視化監控表介入，迅速響應溫升變化而發出涂料變色警示與告警，供巡檢人員迅速逃離現場。同時隨著時間推移，互感器逐漸絕緣擊穿而發生爆炸，瞬間產生高氣流。此時梯級減振體系介入，

①泄壓閥在感知告警閾值后主動打開而充當快速泄壓通道，快速降低柜內氣壓;②背面防爆膜主動吸收殘留氣流作為備用通道，若泄壓閥通道無法滿足瞬間泄壓條件時主動引爆防爆膜以防止擴大故障范圍、損壞更多的計量設備，有效壓縮運維成本;③勻速閉門器的介入，在一、二級防護工序均無法滿足要求時，通過卡扣勻速原理限制開門速度，保障運維人員的人身安全，形成完整的基于減振原理的新型防爆技術。保護動作流程見圖3。

5 效益分析

（1）從經濟效益分析。一種基于減振原理的新型防爆計量柜技術研究，引用泄壓閥、防爆膜技術有效形成專屬、主動泄壓通道，有效壓縮高壓計量柜高壓計量裝置故障爆炸時的范圍，保護柜體整體性能不被損壞，防爆膜、泄壓閥的購置更換費用較低，有效壓縮運維成本投入。

（2）從社會效益分析。新型防爆計量柜通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”形成的梯級減振機制，以及柜體溫升變色可視化警示措施，提供應急規避風險渠道，有效保障運維人員的人身安全，同時具備除潮舉措，以提高裝置運行可靠性，減少故障率，具有良好的社會效益。

參考文獻

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