一種GIS波紋管位移測量裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張盛煒，劉洋李，張 毅，李 濤

(西安咸陽國際機(jī)場股份有限公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(gas-instulated switchgear，GIS)廣泛應(yīng)用于我國各個(gè)電壓等級的變電站中，其運(yùn)行過程中由于環(huán)境溫度及自身發(fā)熱部件所引起的溫度變化，會使其產(chǎn)生一定的伸縮;此外，設(shè)備震動或地震等原因造成的基礎(chǔ)沉降也會使其相鄰間隔間產(chǎn)生相對位移量，這些位移量都會集中反應(yīng)在波紋管上。目前，國內(nèi)常用的為熱伸縮波紋管可以吸收加工尺寸公差、安裝誤差，方便檢修時(shí)拆卸，而且可吸收殼體由于熱脹冷縮產(chǎn)生的較大位移的變形量，吸收地震、基礎(chǔ)沉降等產(chǎn)生的較小的下沉量。熱伸縮波紋管一般在左側(cè)用法蘭進(jìn)行連接固定，在右側(cè)法蘭處留有一定尺寸，供其伸縮變化[1-2]。

在實(shí)際應(yīng)用中，波紋管的橫向伸縮量需要根據(jù)所處位置的環(huán)境溫度、安裝使用年限、短時(shí)間內(nèi)的溫差變化等外部因素以及GIS自身通電產(chǎn)生的熱效應(yīng)、母線長度等綜合考慮得出，其垂直方向的相對位移則是由于設(shè)備震動、基礎(chǔ)沉降等原因?qū)е隆Ｄ壳俺Ｒ姷臒嵘炜s波紋管在GIS設(shè)備中的長度一般都小于485 mm，因此可以通過計(jì)算得出波紋管的年伸縮形變量約為±10 mm。不同廠家的熱伸縮波紋管的各部件尺寸如表1所示，其中x、y分別為左右兩側(cè)法蘭的寬度，z為波紋管伸縮部分長度[3]。

表1 不同廠家的熱伸縮波紋管尺寸

1 現(xiàn)有伸縮量測量方案介紹

針對熱伸縮波紋管在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的伸縮量測量問題，目前市面上有一些相對應(yīng)的解決方案，主要分為簡易測量裝置和電子測量裝置兩種。

1.1 簡易測量裝置

簡易測量裝置是目前新生產(chǎn)的波紋管中最常見，也是最直接的一種測量方式，即在波紋管兩側(cè)法蘭上鉆孔，利用鉚釘或螺絲在一端固定一把鋼尺，在另一端固定一個(gè)指針，來測量其位移量。這種方式的局限性為：

1) 需要進(jìn)行鉆孔才能安裝，僅適合新設(shè)備生產(chǎn)時(shí)加裝，不適合現(xiàn)有設(shè)備改造。

2) 其功能只能測量橫向的伸縮量，對因震動或沉降而產(chǎn)生的垂直方向的位移量無法測量。

1.2 電子測量裝置

電子測量裝置多用于管徑粗、長度長的波紋管中，其結(jié)構(gòu)為在一側(cè)法蘭上固定紅外發(fā)射裝置，再另一側(cè)安裝接受裝置，利用光線進(jìn)行測距。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)明顯，即測量精度高，且可以實(shí)現(xiàn)遙測功能。但其不足之處也較為突出，主要為：

1) 電子設(shè)備的供電問題在現(xiàn)有設(shè)備改造時(shí)難以解決。

2) 裝置造價(jià)較高。

2 新型波紋管位移測量裝置設(shè)計(jì)

針對上述現(xiàn)有裝置在功能和結(jié)構(gòu)上存在的不足，以設(shè)備運(yùn)維需求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種新型波紋管位移測量裝置，可以在不對一次設(shè)備鉆孔等破壞的前提下牢固固定，且可以同時(shí)測量橫向、垂直方向的位移量以及波紋管兩側(cè)的相對角度變化。該裝置具有安全、穩(wěn)定、通用、可靠、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 裝置組成

介紹的波紋管位移測量裝置由4部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含左側(cè)固定組件、右側(cè)固定組件、位移測量組件及角度測量組件。

圖1 波紋管位移測量裝置整體結(jié)構(gòu)

1) 左、右側(cè)固定組件由固定夾件、彈簧螺栓兩部分組成，左、右固定夾件分別使用4支彈簧螺栓，夾裝在波紋管左右兩側(cè)的法蘭上，固定夾件上有開孔，以便固定位移測量組件及角度測量組件。

2) 位移測量組件包含一個(gè)橫向標(biāo)尺和一個(gè)垂直方向標(biāo)尺，分別固定于左、右兩側(cè)的固定夾件上，橫向標(biāo)尺末端從垂直方向標(biāo)尺下方穿過，既起到一定的防掉落作用，也可以使兩種標(biāo)尺互為指針，方便觀測。

3) 角度測量組件包含一個(gè)固定底座、一個(gè)水平尺及固定螺絲。固定底座通過固定螺絲固定在左、右固定夾件上，根據(jù)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，既可以保證其穩(wěn)定，也給兩個(gè)法蘭伸縮、沉降留有一定的空間。水平尺固定在底座上，用以測量沉降角度。

2.2 裝置功能

1) 新型波紋管位移測量裝置的左、右固定夾件中夾板間距均為70 mm，則可以加裝于法蘭厚度小于70 mm的波紋管。采用彈簧螺栓擰緊固定，可以在一次設(shè)備不停電，且不需要對其進(jìn)行鉆孔固定等破壞的前提下進(jìn)行安裝，此種固定方式靈活簡便，且本裝置全部為機(jī)械測量，不需要考慮取電的問題，因此對于在建設(shè)時(shí)未加裝波紋管位移測量裝置的變電站升級改造十分友好。

2) 裝置包含橫向、垂直方向兩支測量標(biāo)尺以及一個(gè)水平尺，可以同時(shí)測量波紋管橫向、垂直方向的位移量以及兩側(cè)的相對沉降角度，相比于現(xiàn)有僅能測量橫向位移的裝置來說，增加了兩項(xiàng)測量值，使運(yùn)維人員對波紋管設(shè)備狀態(tài)判斷更加準(zhǔn)確。

3) 裝置采用6061鋁合金作為主要材料，具有良好的抗腐蝕性、韌性高且加工后不易變形、材料致密無缺陷且易于拋光、抗氧化效果極佳、密度適中，符合裝置所需要的強(qiáng)度及可加工性，適宜在戶內(nèi)、外各種環(huán)境下運(yùn)行，同時(shí)不會給所測設(shè)備增加過多的負(fù)重，且造價(jià)適中。

3 裝置工程應(yīng)用

該裝置目前已加裝于西北地區(qū)某110 kV變電站，安裝、測試結(jié)果如下。

1) 本裝置可以穩(wěn)定、牢固地安裝在波紋管兩側(cè)的法蘭上，并通過彈簧螺栓可靠固定，固定后未出現(xiàn)晃動、變形等情況，很好地解決了不破壞一次設(shè)備即可加裝的問題，且對多種厚度的法蘭都可以良好地安裝固定。

2) 通過長時(shí)間的測量，本裝置可以有效地觀測波紋管的位移，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)該110 kV變電站GIS設(shè)備中的4只波紋管中，一年中橫向伸縮范圍為-3～5 mm，垂直方向最大位移為2 mm，波紋管左右兩側(cè)相對沉降最大角度為1.64°。

由于該變電站波紋管長度均小于該裝置的設(shè)計(jì)寬度345 mm，因此均可以良好應(yīng)用，而對于更高電壓等級的長度大于345 mm的波紋管，后續(xù)需要增加設(shè)計(jì)長度進(jìn)行進(jìn)一步更加深入的研究探討。

4 結(jié)束語

以上針對變電站GIS設(shè)備波紋管位移監(jiān)測存在的問題進(jìn)行了分析，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求設(shè)計(jì)了一種波紋管位移測量裝置，可以達(dá)到不停電、無損安裝，測量參數(shù)全面等效果，可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有的未加裝波紋管位移測量裝置的變電站中，同時(shí)也可以在GIS設(shè)備制造時(shí)提前加裝。

該測量裝置穩(wěn)定可靠、靈活方便，可以有效地對因波紋管兩端位移量過大而導(dǎo)致的設(shè)備損壞等異常進(jìn)行提前預(yù)警，提升運(yùn)維水平，提高供電可靠性。