换流阀层间大水管可换向电子力矩扳手探究

董志飞，王英爽，刘海强，孙 适

（国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司，内蒙古自治区 锡林郭勒盟锡林浩特 026000）

目前，投入使用的普通扳手一般都有着简单的结构和便携性的特点，但并没有可以连续回转以及增速（增力输出）功能。普通扳手往往在拧入与卸下螺旋时表现出速度很慢和效率很低的特点；若所拆卸下来的螺栓扭矩比较大的话，则一般来说，需要在扳手上加套一加力杆，从而实现省力目的。不过，使用上述拆卸方法有一定的条件，即必须在较大的空间内才能展开。而且拆装时如果不小心、使用不当等，则会容易引起扳手的滑动，或导致加力杆滑出，从而带来人身伤害事故等。所以研制一种多功能扳手具有相当大的实用价值。文章主要开展换流阀层间大水管可换向电子力矩扳手研讨，分析如下。

1 国内换流阀阀塔层间水管维修现状

目前，国内换流阀阀塔层间水管的维修情况如下：阀塔层的内部管道通常采用不锈钢和塑料材料组装和连接，水管接头常采用螺纹连接。换流阀阀塔通常位于设备复杂的阀塔中，而阀塔设备众多，易受损。然而，由于阀塔管道的检修操作范围和操作空间受限，对于维修工作提出了挑战，如：灵活操作受限，每个接头都需要特定的力矩，这增加了现场检修人员的操作和记录难度。因此，现场检修人员需要熟悉不同接头的力矩要求，并能够清楚记录每个接头的力矩数据。此外，现场检修人员还需在有限的操作空间内进行检修工作，同时确保不损坏塑料接头。

文章对传统阀塔水管的拆卸和检测方法进行了详细分析，阐述了其优点和缺点，并研发了一款塑料可换型电子动力扳手，具有较强的适应性和高效的维护性能。此电子动力扳手的主要特征如下所述：

实用性：能够在各种不同类型的换流站内使用，面对各种不同规格的阀塔及冷却水管拆卸和修理任务，均可取得良好应用效果。扳手的卡口能够适应不同接头规格，只需调整方向即可适应各种操作环境。

便捷性：工具设计内容十分简单，并且安装和后续使用便捷。同时，该扳手还能够准确记录每个不同接头对应的力矩参数值，在这样的情况下，可以大幅度提升检修作业效率。

安全性：此款扳手能够对力矩的大小阈值参数进行调整，在使用期间，如果存在超出安全阈值范围的情况，系统电路控制板会立即发出指令，使蜂鸣报警器发出警报声，提醒使用者用力过大，以减小使用力度。

2 存在的问题

在高压直流输电技术系统中，换流阀阀塔层中间的管道，可基于国产的不锈钢管道及塑料管道的组织后达到串联作用，从而得以形成。在管道接头位置则要用螺纹连接的管理方法，从而实现管理，在其运行过程中会出现以下问题。

在换流阀的阀塔层之间，大水管的对接安装工艺可能存在差异，导致密封圈的接触面存在偏差。同时，在连接头振动、塑料和金属的膨胀系数差异下，密封圈可能会发生位移问题，导致部分密封圈失效并在高水压下发生漏水现象。为解决这些问题，可以采取以下措施。

优化安装工艺：改进对接安装工艺，确保密封圈的接触面对齐。可以采用精确的定位装置和工艺控制，确保连接头的准确对齐，从而减少密封圈的位移和失效的可能性。

选择合适的密封材料：根据塑料和金属的膨胀系数差异，选择具有良好弹性和耐化学腐蚀性能的密封材料。这样可以减少由于温度变化引起的密封圈位移问题，提高密封性能和耐压能力。

加强密封圈的固定：在安装过程中，可以采用适当的固定装置，如夹紧环或压盖等，来确保密封圈的稳定性和密封效果。这样可以减少振动对密封圈的影响，提高密封性能。

定期检查和维护：定期检查阀塔层的水管连接情况，特别是密封圈的状态。如发现密封圈有损坏或位移等问题，及时更换或调整，以保证系统的正常运行和防止漏水现象的发生。

通过以上措施的采取，可以有效解决换流阀阀塔层间水管连接中的位移和漏水问题，提高系统的可靠性和安全性。

现有塑料水管力矩扳手存在以下不足之处：强度不足，塑料材质相对较脆弱，无法承受高强度的力矩施加，容易发生损坏或断裂；精确度有限，塑料扳手的制造精度相对较低，无法提供高精度的力矩控制，可能导致不准确的拧紧或松动；耐久性差，塑料材质容易受到环境因素的影响，如温度变化、化学物质侵蚀等，导致扳手的耐久性下降，使用寿命较短；适用范围受限，由于塑料材质的局限性，塑料扳手在一些特殊工作环境或需要承受高压力的情况下可能无法使用；维修和更换困难，一旦塑料扳手损坏，修复和更换较为困难，可能需要更换整个扳手而不仅仅是部件。因此，设计一种特制的、定制的塑料管道可换向电动力矩扳手，并将其应用于层间大水管的检修是非常必要的。

3 智能力矩扳手的介绍

3.1 智能力矩扳手

智能力矩扳手是一种集成了高科技产品零件的扳手，具有自动化和简便化的管理功能。其主要由主体力矩扳手和集成传感器模块构成。智能力矩扳手通过数字型液晶显示屏系统和扭力传感器系统实现了扭矩的测量和控制，并能够将相关的技术参数显示出来。智能力矩扳手的使用不仅方便快捷，还能够提高工作的科学性和精确度。

3.2 智能力矩扳手的特点

①集成高科技产品零件：智能力矩扳手采用了先进的电子技术和传感器技术，使其具备高精度、高稳定性和高可靠性。②自动化管理功能：智能力矩扳手通过数字型液晶显示屏系统，直观地显示扭矩数值和相关参数，操作人员可以根据需要进行调整。③简便化操作：智能力矩扳手的操作简单，只需设置扭矩值和角度值，即可完成工作。操作过程中不需要过多的人力和复杂的操作步骤。④数据记录和分析功能：智能力矩扳手可以记录扭矩值、角度值和操作时间等数据，为后续的数据分析和工作评估提供依据。

3.3 智能力矩扳手的应用

智能力矩扳手在换流阀阀塔层间水管可换向中发挥着重要的作用。具体应用包括以下几个方面：①螺栓拧紧和松开：智能力矩扳手通过传感器模块对阀塔层间水管的螺栓进行扭矩的测量和控制，保证了螺栓的紧固力度。②扭矩测量和控制：智能力矩扳手通过数字型液晶显示屏系统，操作人员可以直观地了解扭矩数值，并根据需要进行调整，以保证操作的准确性。③换向操作：智能力矩扳手可以帮助实现换流阀阀塔层间水管的可换向操作，提高了操作的效率和准确度。

3.4 结构原理分析

换流阀阀塔层间智能力矩扳手是一种用于换流阀操作的先进设备。它结构原理包括主体力矩扳手和集成传感器模块的设计和功能。

3.4.1 主体力矩扳手

智能力矩扳手的主体部分是一种具备扭矩传递和控制功能的力矩扳手。其主要结构包括以下几个部分：

扭矩传递装置：主体力矩扳手的扭矩传递装置通常由电机、减速器和扭矩传感器组成。电机提供动力，减速器将电机输出的高速旋转转换成合适的扭矩输出，扭矩传感器用于测量实时扭矩。

操作杆和手柄：操作杆和手柄是主体力矩扳手的操作部分，操作人员通过手柄对松紧的控制来实现扭矩的调整和控制。

显示屏系统：主体力矩扳手配备了数字型液晶显示屏系统，可以显示扭矩数值和相关参数，便于操作人员进行实时监测和调整。

3.4.2 集成传感器模块

智能力矩扳手的集成传感器模块是其重要的功能组件，主要包括以下几个部分。

扭矩传感器：集成传感器模块内置了高精度的扭矩传感器，用于实时测量和反馈扭矩数值。传感器与主体力矩扳手的扭矩传递装置相连接，通过测量扭矩传递装置的输出扭矩来获得实际的扭矩数值。

控制单元：集成传感器模块中的控制单元负责数据的采集、处理和控制。控制单元通过与主体力矩扳手的数字型液晶显示屏系统相连接，将测量到的扭矩数值显示出来，并根据操作人员的设定进行调整和控制。

数据存储和分析模块：集成传感器模块还包括数据存储和分析模块，用于记录扭矩数值、操作时间等数据，并提供数据的存储和分析功能。这些数据可以用于后续的数据分析、评估和维护。

3.5 智能力矩扳手的发展趋势与展望

智能力矩扳手作为一种新兴工具，具有广阔的发展前景。未来，智能力矩扳手有望在换流阀阀塔层间水管可换向中发挥更重要的作用。随着科技的不断进步，智能力矩扳手的功能和性能也将得到进一步提升。因此，未来的研究方向可以包括对智能力矩扳手的改进和优化，以及与其他智能设备的联合应用等。

4 换流阀层间大水管可换向电子力矩扳手

4.1 结构设计

力矩传递系统，设计一个高强度的力矩传递系统，以确保扳手能够承受高强度的力矩施加。可以采用优质合金钢材料制造扳手的主体结构，并结合优化的结构设计，以增强其抗弯曲和抗扭转能力。

可调节的卡口设计，为了适应不同规格的水管，扳手应具备可调节的卡口设计。可以采用可拆卸的卡口结构，使其能够适应不同直径的水管，并通过简单的调整实现固定和松开的功能。

高精度力矩传感器，为了实现精确的力矩控制，扳手需要配备高精度的力矩传感器。该传感器应能够准确地测量施加在水管上的力矩，并将数据传输给控制系统进行实时监测和反馈。

控制系统，设计一个智能化的控制系统，用于监测和控制扳手的力矩输出。该系统应具备可调节的力矩阈值功能，以确保在拧紧或松动水管时能够实现精确的力矩控制，并在超过设定阈值时发出警报。

耐久性和防护措施，考虑到扳手在工作环境中可能受到的振动、湿度和化学物质的影响，需要采取相应的防护措施。可以在扳手的外壳上使用防水和防腐涂层，以提高其耐久性和抗腐蚀能力。

综上所述，可换向电子力矩扳手通过结构设计和电气控制实现了高效而安全的层间大水管检修。其特定可移动卡口、力矩数显组件和可转向手柄等设计特点，使其能够适应不同管径接头、完成操作角度转换，并提供力矩实时显示和记录功能。同时，采用塑料制造和绝缘防护套等措施，提高了安全性和使用体验。这种特制的力矩扳手将极大地提高层间大水管的检修效率和安全性，减少潜在的安全隐患。

4.2 电气控制

可换向电子力矩扳手具备数据放大和存储功能，并支持外部接口进行数据传输。该扳手配备了一种优质合金钢制成的传感器，外层包裹着塑料绝缘层。传感器包含四片电阻应变片R1、R2、R3、R4。

可换向电子力矩扳手是一种用于紧固和松开螺栓、螺母等连接件的工具。它采用电子技术和力矩传感器，通过精确测量和控制施加在连接件上的力矩，实现高效、准确的拧紧和松开操作。力矩传感器：可换向电子力矩扳手内置高精度的力矩传感器，用于测量施加在连接件上的力矩。力矩传感器能够将力矩转化为电信号输出。控制电路：通过控制电路对力矩传感器输出的电信号进行采集和处理。控制电路通常由微处理器或单片机组成，能够实时监测和分析力矩数据。显示屏和设置功能：可换向电子力矩扳手通常配备有显示屏，用于实时显示测量到的力矩数值。同时，它还可以提供设置功能，允许用户根据需要调整力矩阈值或其他参数。

一次按键操作可以将检测结果数据传输并存储到16M RAM 芯片中。在检修完成后，工作人员可以使用无线或有线方式将测量结果传输到上位机，进行存储和分析。控制电路板上还设计有USB 接口，可以使用外部存储器暂时存储测量数据，并通过数据接口将数据传输到计算机上。这样，如果工作人员在户外等待中，不方便记录和整理显示屏上的力矩值，可以通过外部存储器临时存储数据，待需要时，使用USB数据接口和数据线将数据传输到上位机进行显示和处理。这样，方便了工作人员的数据提取和整理过程。

5 结束语

综上所述可知，研制可换向电子力矩扳手，可确保高压直流输电系统中的换流阀层间的大水管检修工作变得更为顺利，并提高现场检修的效率，同时，确保最终的检修效果。另外，此项目成果还可推广到各个换流站中，实现有效的应用。由此可见，其应用前景非常广阔。