SF6 氣體試驗專用工具的研制

盧思敏 鄭麗云 張宇威 康錢江 李 杏

（廣東電網有限責任公司湛江供電局）

0 引言

SF6設備在電力系統中的占比逐日增多，尤其近年來隨著GIS設備的大量投入運行，SF6電氣設備日常維護顯得更為重要。

SF6充氣設備內部發生放電和熱性故障時，會引起設備內部SF6氣體發生分解，促使水分和其分解產物的生成。因此通過SF6氣體試驗，可以及早發現設備內部結構和固體絕緣材料的早期缺陷。根據《電力設備預防性試驗規程》 （Q／CSG 114002—2011），需要定期對SF6充氣設備進行濕度及分解產物等一系列的預防性試驗。對于35kV及以上的SF6充氣設備試驗周期一般為3年。當前各電壓等級的充氣設備進行SF6氣體不同項目的試驗都需要先拆除設備取樣口外蓋，再接入對應廠家的專用取樣接頭，通過氣體試驗管將設備內部的SF6氣體送至測試儀器，進一步對SF6氣體的濕度、分解產物、CF4、純度等項目進行檢測，從而判斷設備內部是否存在潛伏性故障。SF6氣體分析技術在安全距離滿足的情況可以不停電試驗，可以快速、及時地跟進設備運行情況，無需增加停電次數。但目前SF6分析方法在工作上存在以下缺點［1-3］：

（1）人工拆卸。所有SF6氣體試驗的專用接頭因生產廠家不同，接入設備的專用試驗接頭形狀和尺寸各異，市面缺少相匹配的裝拆工具。當前作業都是依靠作業人員裝卸，尤其在進行GIS設備試驗時，一個間隔集成了開關、CT、刀閘及避雷器等多個氣室，平均每個間隔有12個以上的氣室，單靠人工作業，整個作業任務繁重、人員體力消耗大、耗時長，不符合人機工效要求。

（2）裝拆工作無法標準化。作業時人工裝卸試驗接頭的力度無法統一，會因裝接不到位導致試驗閥門的逆止閥沒有打開，無法進行試驗；或者用力過度，導致試驗閥門逆止閥無法恢復原位，以及設備磨損，發生SF6氣體泄漏風險，影響設備的安全運行。

1 電氣設備濕度及分解產物預防性試驗作業流程

電氣設備投運前及運行中都需要對SF6氣體進行濕度、分解產物、純度、CF4等預防性試驗。對于不同電壓等級電氣設備的SF6氣體試驗作業流程為：工作負責人安全交底后，工作人員需先攀爬到取樣口觀察其位置和尺寸，爬下地面選擇相應合適的取樣接頭攀爬到取樣部位，拆卸取樣口外蓋，再徒手將專用的試驗接頭接入設備后，連接管道將SF6氣體輸送到測試儀器進行試驗。

在整個作業流程中，工作人員至少需要攀爬設備4次。在接入接頭時，工作人員需要在高空雙手操作，增加高空作業的風險。在接頭裝拆的過程中，由于設備氣壓的作用，接頭會連接不穩發生高空墜物。并且單純的人手操作效率低、人員體力消耗大、作業標準無法統一，對設備造成安全隱患。

2 SF6氣體試驗專用工具的研制

為了降低SF6氣體預試過程的作業風險、減輕人員的體力負擔、提高工作效率，設計一款專用工具的拆卸工具，將傳統人工模式轉化為電動模式，統一作業標準，減少人員攀爬次數。

拆卸工具設計關鍵點包括： （1）通用性。研制專用拆卸可以覆蓋80%的常用取樣接頭； （2）選取材料需要質輕便于工作、硬度高、便于加工以及耐磨；（3）機械動力部分可控，可按不同型號及設備選擇相應的扭力。

專用工具的整體創新點： （1）通用性強，工作過程可以減少攀爬次數；（2）提高工作效率，降低人工成本。與現有試驗手段相比，從人力工作轉成機械作業，可降低工人勞動強度，符合人機功效。（3）固化作業標準，優化作業流程。

2.1 模型的研制

工具分為傳動部分和電動部分。

2.1.1 傳動部分

傳動部分由外筒和內接頭兩部分組成。內接頭上部為六邊形，內側有螺紋，外徑分為5.7cm、4.3cm、3.8cm、3.7cm、3.2cm，見下表，內接頭中心有約2mm的頂針。內接頭下部為彈簧式逆止快插頭結構，當與設備接通后，起到防漏氣作用。內接頭的整體長度為17cm、11.8cm、11.7cm、10.2cm、9.1cm。外筒按外徑直接尺寸分4種類型A類5.8cm、B類4.4cm、C類3.8cm、D類3.3cm，其中C型外筒適配于直徑尺寸在3.7～3.8cm的內接頭。外筒下部為標準的1／2四方接頭，如圖所示。電動部分的扳頭連入外頭的四方接頭，由傳動軸帶動外筒將內接頭旋入設備的取樣口。外筒整體結構為無縫焊接，外筒長度需比內接頭短1cm，便于接入設備。

表 不同型號設備內接頭尺寸及扭矩

圖 SF6氣體試驗專用工具外接頭結構

2.1.2 電動部分

電動部分主要由電機、減速器、轉動軸、扳頭、電源、電路控制系統6大部分組成。當電機接通內置電源后開始工作，驅動減速器旋轉。減速器將電機的高速旋轉轉換為低速高扭矩的輸出，通過轉動軸和齒輪組傳遞給扳頭。扳頭通過傳動部分將試驗接頭與設備取樣口相連接，實現擰緊或松開的作用。電動部分可以正反轉向調節，轉速為500r／min，避免速度過快損壞設備。

整個電動部分按工作設備型號不同內設定扭矩檔位，其中最大扭矩為20N·m。工作人員只需要根據設備型號選擇相應的檔位，便可快速展開工作。

2.2 工作原理

將內接頭與外套筒組合，通過下部1／2四方接頭與電動部分連接，按照設備型號選擇合適檔位，接通電機電源后，驅動減速器旋轉。減速器將電機的高速旋轉轉換為低速高扭矩的輸出，通過轉動軸傳遞給扳頭帶動外套筒轉動，將內接頭與設備連接。當輸出扭矩達到設定值后，離合器將自動斷開，停止工作，避免繼續扭動損壞設備。

3 SF6氣體試驗專用工具應用效果

本文研制的SF6氣體試驗專用工具在變電站SF6充氣設備氣體試驗中實現了機械工作方式的轉換，可通過同一個工具完成不同尺寸設備的拆卸工作，并且也實現了工作的可控性和標準化，應用效果良好。

（1）改變傳統人工作業模式。SF6氣體試驗需要通過外部接專用試驗接頭，引出設備內部SF6氣體。新研制的試驗專用拆卸裝置的運用，可以改變傳統依靠人力裝拆的工作模式，將人工操作轉為機械工作。

（2）優化SF6氣體試驗作業流程。在安全交底完成后，工作人員只需要根據設備型號選擇相應的外筒和內接頭，攀爬至取樣口便可以完成安裝工作。然后爬下至地面，接上管道開展試驗工作。當試驗完畢后，再使用專用工具完成拆卸工作，減少了重復性的爬梯登高的次數。

（3）降低作業風險。在未使用SF6氣體試驗專用工具前，作業人員在作業時需要雙手裝卸試驗接頭，增加了高空作業的風險。在裝卸過程中還存在設備壓力過大將試驗接頭噴出高空墜物打擊傷人的風險。在使用專用工具后，作業人員只需單手便可以完成裝卸任務，也防止了接頭墜落的風險。

（4）提高工作效率。按 《南方電網試驗規程》要求，SF6氣體試驗項目分為氣室濕度、氣體分解產物及取氣樣試驗，新設備投運一年后需要全部進行一次試驗，日常運行每三年一次試驗周期。按220kV變電站每個間隔一般有12～15個氣室，作業人員進行單一個GIS間隔的試驗，至少需要30次以上的人工裝卸操作。每個氣室裝拆過程需要耗時4min，進行單一間隔的試驗將需要耗費1h，工作效率低，耗時長。通過新工具的運用，可以大大提高裝拆的速度，減輕工作人員體力消耗，縮短試驗時間。

（5）作業過程的標準化。在使用專用工具前通過人手安裝，無法精準把控裝卸程度，容易發生操作不當導致設備逆止閥沒有頂開，無法進行試驗，或者用力過度損設備氣密裝置。通過機械工具的運用，可以將以往人工無法把控的力矩規范為統一標準，減少人為因素影響，做到作業過程標準化、規范化，提高安全生產水平。

綜上所述，本文研制的SF6氣體試驗專用工具能大大提高工作效率，降低人工成本，減少工作中的人為因素影響，避免因為工作人員操作不當造成的SF6設備漏氣或閉鎖等設備風險，做到本質型安全。

4 結束語

SF6氣體試驗專用工具帶來了一定的時間效益，縮短了試驗所以需要的停電時間，保障了設備預試工作能按時完成，為其他工作爭取更多的寶貴時間。除了時間效益，該工作實現人工作業模式向機械化的轉型，降低了人工成本，帶來了一定的經濟效益。并且降低了整個作業過程中的人身風險及高空墜物風險，實現了安全效益。

在現行的電網預試規程中規定，35kV以上的SF6充氣設備都必須開展氣體的預試工作。隨著GIS設備的廣泛應用，這一工作量必然會進一步攀升。提高SF6氣體的預試工作效率，降低作業風險都將是急需解決的問題，因此SF6氣體試驗專用工具對安全、高效的生產都具有重要意義。