中压环网配电开关充气柜泄压装置的设计

汪旭，雪向兵

（库柏爱迪生（平顶山）电子科技有限公司，河南 平顶山 467000）

0 引言

在充气柜运行过程中一旦出现回路短路故障，在数万安倍的短路电流作用下，柜内会瞬间产生高温高压气体。若高温高压气体在狭窄的柜体内不能在极短的时间内得到有效释放，会造成充气柜的炸裂，相邻充气柜损坏，同时又可能伤及人身安全，所以充气柜需要有效的泄压措施来排放集聚在柜体内的高温高压气体[1]。

1 标准规定

GB3906第6节型式试验中6.103.1规定：具有压力释放装置的充气隔室的压力耐受试验：应将相对压力升高至设计压力的1.3倍并保持1min，压力释放装置不应动作；然后将静压力升高至设计压力的3倍，低于此压力时，压力释放装置可能动作，只要符合制造厂的设计是可以接受的。此打开压力释放装置的压力应记录在型式试验报告中。试验后，隔室可能变形，但不应破裂。

2 相关计算

由图1可定义为：

图1 压力与气体密度、温度变化曲线

额定充气压力0.03MPa

最高运行气体压力0.07MPa。

充气壳体的设计压力为0.07MPa，充气壳体的压力释放由压力释放装置控制，压力释放装置应该准确动作，起到压力释放的作用。

充气壳体的压力耐受试验。

对充气壳体先进行试验压力为（1.3倍的0.07）0.091MPa、保持时间1Min的压力耐受试验。试验时压力释放装置不应动作。

然后，对充气壳体进行试验压力预期值为（3倍的0.07）0.21MPa的压力耐受试验。试验时压力释放装置应先动作以释放压力，压力释放动作值应大于0.12MPa。试验后，充气壳体除压力释放装置外其它部分不得破裂或损坏。允许有不影响操作的永久变形，试验后的壳体不得在产品中使用。

当出现电弧故障，气体压力达到0.14（±0.02）MPa时，可靠的压力释放装置爆破，保障操作人员的人身安全；

泄压装置设计标准如表1：

表1 爆破压力允差

GB567：爆破片与爆破装置

GB150：钢制压力容器

国家质量技术监督局：压力容器安全技术监察规程

GB/T12353：拱形金属爆破片装置分类与安装尺寸

2.1 具体设计

爆破片材料性能是影响爆破压力的一个重要因素，选用时应考虑材料的适用温度，同时还需考虑材料对介质的耐腐蚀能力，爆破片所用材料不允许被介质腐蚀，需要时可在与介质接触的表面喷涂氟塑料作为防腐保护膜[2]。

爆破温度是与爆破压力相应的压力敏感元件壁的温度。温度是影响爆破片爆破压力的一个重要参数，随着温度的变化，金属材料的强度极限、延伸率及弹性模量也将发生变化，通常情况下，爆破片爆破压力随着温度的升高而降低。

按照《压力容器安全技术监察规程》的规定，爆破片的设计爆破压力不得大于压力容器的设计压力，且爆破片最小设计爆破压力不应小于压力容器最高工作压力的1.05倍。

参阅相关资料可得出，泄压装置的额定压力一般是最高运行压力的2倍，2倍的0.07，为0.14，公差查表为0.02，即0.14±0.02。泄压装置结构如图3和图4。

图3 泄压装置结构简图

图4 泄压装置结构组成图示

主开关室后下部装有压力释放装置。

当出现电弧故障，气体压力达到0.14（±0.02）MPa时，可靠的压力释放装置爆破，保障操作人员的人身安全。

主开关室装有压力表，可监视箱体内SF6气体的压力，确保开关运行的安全性；

SF6气体额定压力为0.03MPa（20℃表压）；在0表压时，承受工频42k V耐受电压；

SF6气体年泄漏率≤0.05%（国家标准≤0.1%）；

如图5所示，气箱柜内底部装有分子筛，用于吸收气体中的微量水分，保证气体良好的绝缘性能。SF6气体水份含量（V/V）≤150ppm（国家标准≤500ppm）。通过抽真空设备进行充气，洗气，检漏，合格后流向下一工序。

图5 泄压装置位置示意

2.2 泄压的方向分为以下几种泄压方式

上部泄压，下部泄压，后部泄压。

可根据现场环境的不同采取不同的泄压方式，但目前大多采用下部泄压方式，如图6所示。

图6 向下泄压

3 试验验证

3.1 试验条件

充气隔室外壳设计压力为0.07MPa（表压），气箱除了泄压阀部位外需进行密封，防爆阀采用2MM厚不锈钢，试验用的压力介质为水。

3.2 试验过程

（1）按照要求将相对压力升高到设计压力的1.3倍并保持1min：充气隔室注水加压至0.091MPa（表压），保持时间1min，压力释放装置不动作。（2）按照要求将压力从设计压力的1.3倍升高到设计压力的3倍（在此过程中压力释放装置也可动作）。

注：不同的试验阶段需使用测试工装，量取并记录阶段性的充气隔室的变形量。

3.3 试验后检查

（1）壳体无其他损坏。（2）试品操作正常。

3.4 试验合格案例

以上就标准要求，设计，试验等三方面对泄压装置进行了介绍（如图7），以便更好地优化泄压的设计，泄压装置的有效与否直接关乎开关设备的使用安全，内燃弧的功能近年来已经被电网客户作为关键参数并抽检，有效泄压是内燃弧功能满足的关键因素之一[3]。

图7 试验过程示意

4 结语

随着国家的经济发展和科技进步，电气控制系统的运用范围越来越广。每一个电气控制系统中，中压电气开关柜都是不可或缺的重要设备。因此本文集中阐述了中压环网配电开关充气柜泄压装置的设计技术，通过采取不同的泄压方式，说明爆破片的材质厚度选用对中压环网配电开关充气柜泄压装置的设计至关重要。