SF6 气体试验专用工具的研制

卢思敏 郑丽云 张宇威 康钱江 李 杏

（广东电网有限责任公司湛江供电局）

0 引言

SF6设备在电力系统中的占比逐日增多，尤其近年来随着GIS设备的大量投入运行，SF6电气设备日常维护显得更为重要。

SF6充气设备内部发生放电和热性故障时，会引起设备内部SF6气体发生分解，促使水分和其分解产物的生成。因此通过SF6气体试验，可以及早发现设备内部结构和固体绝缘材料的早期缺陷。根据《电力设备预防性试验规程》 （Q／CSG 114002—2011），需要定期对SF6充气设备进行湿度及分解产物等一系列的预防性试验。对于35kV及以上的SF6充气设备试验周期一般为3年。当前各电压等级的充气设备进行SF6气体不同项目的试验都需要先拆除设备取样口外盖，再接入对应厂家的专用取样接头，通过气体试验管将设备内部的SF6气体送至测试仪器，进一步对SF6气体的湿度、分解产物、CF4、纯度等项目进行检测，从而判断设备内部是否存在潜伏性故障。SF6气体分析技术在安全距离满足的情况可以不停电试验，可以快速、及时地跟进设备运行情况，无需增加停电次数。但目前SF6分析方法在工作上存在以下缺点［1-3］：

（1）人工拆卸。所有SF6气体试验的专用接头因生产厂家不同，接入设备的专用试验接头形状和尺寸各异，市面缺少相匹配的装拆工具。当前作业都是依靠作业人员装卸，尤其在进行GIS设备试验时，一个间隔集成了开关、CT、刀闸及避雷器等多个气室，平均每个间隔有12个以上的气室，单靠人工作业，整个作业任务繁重、人员体力消耗大、耗时长，不符合人机工效要求。

（2）装拆工作无法标准化。作业时人工装卸试验接头的力度无法统一，会因装接不到位导致试验阀门的逆止阀没有打开，无法进行试验；或者用力过度，导致试验阀门逆止阀无法恢复原位，以及设备磨损，发生SF6气体泄漏风险，影响设备的安全运行。

1 电气设备湿度及分解产物预防性试验作业流程

电气设备投运前及运行中都需要对SF6气体进行湿度、分解产物、纯度、CF4等预防性试验。对于不同电压等级电气设备的SF6气体试验作业流程为：工作负责人安全交底后，工作人员需先攀爬到取样口观察其位置和尺寸，爬下地面选择相应合适的取样接头攀爬到取样部位，拆卸取样口外盖，再徒手将专用的试验接头接入设备后，连接管道将SF6气体输送到测试仪器进行试验。

在整个作业流程中，工作人员至少需要攀爬设备4次。在接入接头时，工作人员需要在高空双手操作，增加高空作业的风险。在接头装拆的过程中，由于设备气压的作用，接头会连接不稳发生高空坠物。并且单纯的人手操作效率低、人员体力消耗大、作业标准无法统一，对设备造成安全隐患。

2 SF6气体试验专用工具的研制

为了降低SF6气体预试过程的作业风险、减轻人员的体力负担、提高工作效率，设计一款专用工具的拆卸工具，将传统人工模式转化为电动模式，统一作业标准，减少人员攀爬次数。

拆卸工具设计关键点包括： （1）通用性。研制专用拆卸可以覆盖80%的常用取样接头； （2）选取材料需要质轻便于工作、硬度高、便于加工以及耐磨；（3）机械动力部分可控，可按不同型号及设备选择相应的扭力。

专用工具的整体创新点： （1）通用性强，工作过程可以减少攀爬次数；（2）提高工作效率，降低人工成本。与现有试验手段相比，从人力工作转成机械作业，可降低工人劳动强度，符合人机功效。（3）固化作业标准，优化作业流程。

2.1 模型的研制

工具分为传动部分和电动部分。

2.1.1 传动部分

传动部分由外筒和内接头两部分组成。内接头上部为六边形，内侧有螺纹，外径分为5.7cm、4.3cm、3.8cm、3.7cm、3.2cm，见下表，内接头中心有约2mm的顶针。内接头下部为弹簧式逆止快插头结构，当与设备接通后，起到防漏气作用。内接头的整体长度为17cm、11.8cm、11.7cm、10.2cm、9.1cm。外筒按外径直接尺寸分4种类型A类5.8cm、B类4.4cm、C类3.8cm、D类3.3cm，其中C型外筒适配于直径尺寸在3.7～3.8cm的内接头。外筒下部为标准的1／2四方接头，如图所示。电动部分的扳头连入外头的四方接头，由传动轴带动外筒将内接头旋入设备的取样口。外筒整体结构为无缝焊接，外筒长度需比内接头短1cm，便于接入设备。

表 不同型号设备内接头尺寸及扭矩

图 SF6气体试验专用工具外接头结构

2.1.2 电动部分

电动部分主要由电机、减速器、转动轴、扳头、电源、电路控制系统6大部分组成。当电机接通内置电源后开始工作，驱动减速器旋转。减速器将电机的高速旋转转换为低速高扭矩的输出，通过转动轴和齿轮组传递给扳头。扳头通过传动部分将试验接头与设备取样口相连接，实现拧紧或松开的作用。电动部分可以正反转向调节，转速为500r／min，避免速度过快损坏设备。

整个电动部分按工作设备型号不同内设定扭矩档位，其中最大扭矩为20N·m。工作人员只需要根据设备型号选择相应的档位，便可快速展开工作。

2.2 工作原理

将内接头与外套筒组合，通过下部1／2四方接头与电动部分连接，按照设备型号选择合适档位，接通电机电源后，驱动减速器旋转。减速器将电机的高速旋转转换为低速高扭矩的输出，通过转动轴传递给扳头带动外套筒转动，将内接头与设备连接。当输出扭矩达到设定值后，离合器将自动断开，停止工作，避免继续扭动损坏设备。

3 SF6气体试验专用工具应用效果

本文研制的SF6气体试验专用工具在变电站SF6充气设备气体试验中实现了机械工作方式的转换，可通过同一个工具完成不同尺寸设备的拆卸工作，并且也实现了工作的可控性和标准化，应用效果良好。

（1）改变传统人工作业模式。SF6气体试验需要通过外部接专用试验接头，引出设备内部SF6气体。新研制的试验专用拆卸装置的运用，可以改变传统依靠人力装拆的工作模式，将人工操作转为机械工作。

（2）优化SF6气体试验作业流程。在安全交底完成后，工作人员只需要根据设备型号选择相应的外筒和内接头，攀爬至取样口便可以完成安装工作。然后爬下至地面，接上管道开展试验工作。当试验完毕后，再使用专用工具完成拆卸工作，减少了重复性的爬梯登高的次数。

（3）降低作业风险。在未使用SF6气体试验专用工具前，作业人员在作业时需要双手装卸试验接头，增加了高空作业的风险。在装卸过程中还存在设备压力过大将试验接头喷出高空坠物打击伤人的风险。在使用专用工具后，作业人员只需单手便可以完成装卸任务，也防止了接头坠落的风险。

（4）提高工作效率。按 《南方电网试验规程》要求，SF6气体试验项目分为气室湿度、气体分解产物及取气样试验，新设备投运一年后需要全部进行一次试验，日常运行每三年一次试验周期。按220kV变电站每个间隔一般有12～15个气室，作业人员进行单一个GIS间隔的试验，至少需要30次以上的人工装卸操作。每个气室装拆过程需要耗时4min，进行单一间隔的试验将需要耗费1h，工作效率低，耗时长。通过新工具的运用，可以大大提高装拆的速度，减轻工作人员体力消耗，缩短试验时间。

（5）作业过程的标准化。在使用专用工具前通过人手安装，无法精准把控装卸程度，容易发生操作不当导致设备逆止阀没有顶开，无法进行试验，或者用力过度损设备气密装置。通过机械工具的运用，可以将以往人工无法把控的力矩规范为统一标准，减少人为因素影响，做到作业过程标准化、规范化，提高安全生产水平。

综上所述，本文研制的SF6气体试验专用工具能大大提高工作效率，降低人工成本，减少工作中的人为因素影响，避免因为工作人员操作不当造成的SF6设备漏气或闭锁等设备风险，做到本质型安全。

4 结束语

SF6气体试验专用工具带来了一定的时间效益，缩短了试验所以需要的停电时间，保障了设备预试工作能按时完成，为其他工作争取更多的宝贵时间。除了时间效益，该工作实现人工作业模式向机械化的转型，降低了人工成本，带来了一定的经济效益。并且降低了整个作业过程中的人身风险及高空坠物风险，实现了安全效益。

在现行的电网预试规程中规定，35kV以上的SF6充气设备都必须开展气体的预试工作。随着GIS设备的广泛应用，这一工作量必然会进一步攀升。提高SF6气体的预试工作效率，降低作业风险都将是急需解决的问题，因此SF6气体试验专用工具对安全、高效的生产都具有重要意义。