一種基于減振原理的新型防爆計(jì)量柜研究

董偉鋒　方紹懷　蔣敬鶴　梁永昌　王泉

[摘? ? 要]文章主要分析現(xiàn)有的高壓計(jì)量柜設(shè)計(jì)構(gòu)造中存在的問題，研究使用計(jì)量柜背面底部裝設(shè)泄壓閥及防爆膜，實(shí)現(xiàn)故障專屬瞬間泄壓通道;研究三級(jí)減振防護(hù)，通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”梯級(jí)防護(hù)原理，保證計(jì)量柜門不在爆炸產(chǎn)生瞬時(shí)力時(shí)而直接炸開;以及使用可變色涂料實(shí)現(xiàn)計(jì)量柜內(nèi)部溫升監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量柜內(nèi)部溫度變化可視化管控，進(jìn)一步提高風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力等技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)技術(shù)堵漏，最終形成一種基于減振原理的新型防爆計(jì)量柜。

[關(guān)鍵詞]泄壓閥;防爆膜;減振防護(hù);溫升監(jiān)測(cè)

[中圖分類號(hào)]TN402 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]This paper mainly analyzes the problems existing in the design and construction of the existing high-pressure metering cabinet， and studies the use of the pressure relief valve and explosion-proof membrane installed at the bottom of the back of the metering cabinet to realize the fault specific instantaneous pressure relief channel; The three-level shock absorption protection is studied， and the cascade protection principle of "pressure relief valve， explosion-proof membrane and uniform velocity door closer" is adopted to ensure that the metering cabinet door does not explode directly when the explosion produces instantaneous force; As well as the use of color changing paint to realize the internal temperature monitoring of the metering cabinet， realize the visual control of the internal temperature change of the metering cabinet， further improve the risk aversion ability and other technical solutions to realize the technical plugging， and finally form a new type of explosion-proof metering cabinet based on the shock absorption principle.

[Keywords]pressure relief valve; explosion proof membrane; shock absorption protection; temperature rise monitoring

“全國最好2021”是公司服務(wù)廣東，走在全國前列、創(chuàng)造新的輝煌，助力南網(wǎng)公司戰(zhàn)略落地的必然要求。安全無小事，責(zé)任重于山，安全生產(chǎn)一頭聯(lián)系千家萬戶，事關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定大局;一頭關(guān)系員工安危，事關(guān)公司生存發(fā)展。為確保公司決戰(zhàn)決勝“全國最好2021”的目標(biāo)順利完成，必須強(qiáng)化人身風(fēng)險(xiǎn)管控，守住安全生產(chǎn)目標(biāo)底線，深入分析當(dāng)前安全生產(chǎn)工作存在的問題、漏洞，從組織上、技術(shù)上尋求改善措施，致力從根源上規(guī)避安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

聚焦計(jì)量運(yùn)維工作的安全作業(yè)管控，根據(jù)歷年的安全生產(chǎn)事故案例分析，由于計(jì)量高壓互感器電壓一、二次回路短路接地或計(jì)量高壓電流互感器電流一、二次回路開路而發(fā)生絕緣擊穿、裝置爆炸的事件占比83.2%;由于計(jì)量高壓電壓、電流互感器裝置性能質(zhì)量衰減引發(fā)絕緣擊穿故障進(jìn)而導(dǎo)致爆炸的事件占比16.8%。計(jì)量裝置爆炸造成的后果為引發(fā)高壓計(jì)量柜柜門爆破，瞬間沖量可直接擊倒處于柜門前實(shí)行計(jì)量正確性六角圖測(cè)試分析的計(jì)量運(yùn)維人員，存在重大的安全生產(chǎn)隱患。因此定位至高壓計(jì)量柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，分析現(xiàn)有的典型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否存在可修繕之處，主要問題如下。

①柜體整體結(jié)構(gòu)均采取絕緣鋼材封裝，缺少在發(fā)生爆炸故障場(chǎng)景時(shí)瞬間釋放壓力沖量的專屬引流通道;②針對(duì)高壓柜門的保護(hù)措施單一，憑借鋼制螺絲作為唯一的固化保護(hù)，缺少應(yīng)對(duì)爆炸場(chǎng)景引發(fā)柜門鼓包或爆破的保護(hù)措施;③針對(duì)電壓互感器發(fā)生短路接地故障、電流互感器發(fā)生開路故障時(shí)裝置內(nèi)部開始產(chǎn)生絕緣擊穿的故障質(zhì)變過程，缺少故障警示技術(shù)手段，運(yùn)維人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)柜體內(nèi)部情況而作出應(yīng)急規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的措施。

結(jié)合問題調(diào)研分析，研究創(chuàng)新技術(shù)改進(jìn)方案，形成一種基于減振原理的新型防爆計(jì)量柜，以實(shí)現(xiàn)缺陷堵漏。①研究計(jì)量柜背面底部裝設(shè)泄壓閥及防爆膜，實(shí)現(xiàn)故障專屬瞬間泄壓通道;②研究三級(jí)減振防護(hù)，通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”梯級(jí)防護(hù)原理，保證計(jì)量柜門不在爆炸產(chǎn)生瞬時(shí)力時(shí)而直接炸開;③研究變色涂料顯示計(jì)量柜內(nèi)部溫度變化，實(shí)現(xiàn)計(jì)量柜內(nèi)部溫度變化可視化管控，進(jìn)一步提高風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力。

1 專屬泄壓通道研究

針對(duì)現(xiàn)有高壓計(jì)量柜柜體整體結(jié)構(gòu)均采取絕緣鋼材封裝，缺少在發(fā)生爆炸故障場(chǎng)景時(shí)瞬間釋放壓力沖量的專屬引流通道的問題現(xiàn)狀，采取以下兩項(xiàng)措施。設(shè)計(jì)改造見圖1。

（1）增設(shè)泄壓閥壓力釋放通道，泄壓閥可根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力能自動(dòng)啟密，通過型式試驗(yàn)測(cè)試可計(jì)算得出高壓計(jì)量柜適用的保護(hù)壓力閾值，在計(jì)量柜背面底部裝設(shè)泄壓閥，用于引導(dǎo)高壓、高溫氣流而實(shí)現(xiàn)柜體內(nèi)部壓力瞬間釋放而避免爆炸風(fēng)險(xiǎn)，既符合計(jì)量裝置、人員保護(hù)的要求也順應(yīng)防止小動(dòng)物誤入引發(fā)計(jì)量故障的隱患消除的要求。

（2）增設(shè)防爆膜是針對(duì)容器內(nèi)壓力超過預(yù)期閾值時(shí)，主動(dòng)引發(fā)薄膜沖破進(jìn)而實(shí)現(xiàn)容器壓力瞬間下降的目的而避免爆炸，在計(jì)量柜背面下方設(shè)計(jì)柜式防爆膜，防爆膜背對(duì)作業(yè)人員，即使在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)也能保障前方作業(yè)人員的安全。以泄壓閥、防爆膜兩道快速泄壓技術(shù)方案，形成有效的專屬泄壓通道，有效解決柜體硬件構(gòu)造的設(shè)計(jì)漏洞。

2 減振防護(hù)原理研究

針對(duì)高壓柜門的保護(hù)措施單一，憑借鋼制螺絲作為唯一的固化保護(hù)，缺少應(yīng)對(duì)爆炸場(chǎng)景引發(fā)柜門鼓包或爆破的保護(hù)措施的問題現(xiàn)狀，研究三級(jí)緩沖減振機(jī)制，通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”三道防護(hù)工序，通過設(shè)定梯級(jí)閾值形成梯級(jí)減振體系。勻速閉門器設(shè)計(jì)圖見圖2。一級(jí)防護(hù)為泄壓閥快速減壓通道，針對(duì)爆炸形成的瞬間沖量自動(dòng)開啟壓力閥，順應(yīng)專屬通道快速排放，當(dāng)一級(jí)防護(hù)滿足泄壓要求時(shí)，將不引發(fā)防爆膜、“勻速閉門器”動(dòng)作，有效保護(hù)柜體完好性，壓縮故障范圍與運(yùn)維成本。二級(jí)防護(hù)為防爆膜主動(dòng)引爆的快速減壓動(dòng)作，當(dāng)一級(jí)保護(hù)未滿足瞬間泄壓時(shí)而立即響應(yīng)動(dòng)作，主要引爆、引流而實(shí)現(xiàn)故障泄壓，保護(hù)柜門不被擊飛，將故障范圍集中于防爆膜處，有效減少故障運(yùn)維成本。三級(jí)防護(hù)為“勻速閉門器”，保證計(jì)量柜門不在爆炸產(chǎn)生瞬時(shí)力時(shí)直接彈開，“勻速閉門器”安裝于計(jì)量柜內(nèi)部，在一二級(jí)泄壓閥及防爆膜的層級(jí)保護(hù)作用均未滿足壓力釋放要求時(shí)而動(dòng)作的后備保護(hù)，通過齒輪卡扣形成勻速開啟閉合機(jī)能，避免瞬間沖量的產(chǎn)生，規(guī)避柜門擊飛的風(fēng)險(xiǎn)，有效保障運(yùn)維人員的人身安全。

3 柜體溫升可視化研究

針對(duì)電壓互感器發(fā)生短路接地故障、電流互感器發(fā)生開路故障時(shí)，裝置內(nèi)部開始產(chǎn)生絕緣擊穿的故障質(zhì)變過程，缺少故障警示技術(shù)手段，運(yùn)維人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)柜體內(nèi)部情況而作出應(yīng)急規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的措施的問題現(xiàn)狀，研究變色涂料顯示計(jì)量柜內(nèi)部溫度變化技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)計(jì)量柜內(nèi)部溫度變化可視化管控，進(jìn)一步提高風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力。根據(jù)市場(chǎng)上現(xiàn)有可變色涂料應(yīng)用于計(jì)量柜內(nèi)，將可變色涂料置于可視窗口周邊，通過計(jì)量柜內(nèi)部溫度變化涂料顏色逐漸加深，用戶及工作人員可通過顏色深淺進(jìn)行判斷用電設(shè)備的使用情況。同時(shí)對(duì)現(xiàn)有計(jì)量柜內(nèi)發(fā)熱板進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)熱更迅速，產(chǎn)生熱能更大，利于及時(shí)除潮氣，降低計(jì)量柜內(nèi)濕度，規(guī)避雨天季節(jié)由于潮氣發(fā)生電力電路故障的隱患，確保計(jì)量設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

4 示例分析

通過模擬場(chǎng)景分析，設(shè)定當(dāng)前存在一戶高級(jí)高計(jì)用戶，電壓互感器規(guī)格型號(hào)為10 kV/100 V、電流互感器變比為75 A/5 A，其中PT接線采用V/V接法，PT側(cè)B相電壓二次一點(diǎn)接地為中性點(diǎn);CT接線采用分相接法，CT側(cè)二次K2一點(diǎn)接地，電流、電壓二次回路經(jīng)試驗(yàn)接線盒接入電能表，形成完整的計(jì)量二次回路，巡檢人員登記的用戶電能表A、C相計(jì)量元件電能量運(yùn)行參數(shù)為100 V、1 A，折算一次側(cè)電壓10 kV、電流15 A。模擬設(shè)定故障發(fā)生點(diǎn)為試驗(yàn)接線盒A相電流連接銅片老化而發(fā)生開路現(xiàn)象，根據(jù)電流互感器的內(nèi)部構(gòu)造原理，當(dāng)二次回路開路時(shí)，將在一次側(cè)產(chǎn)生高電壓逐步擊穿互感器絕緣介質(zhì)，此時(shí)新型防爆計(jì)量柜溫度可視化監(jiān)控表介入，迅速響應(yīng)溫升變化而發(fā)出涂料變色警示與告警，供巡檢人員迅速逃離現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)隨著時(shí)間推移，互感器逐漸絕緣擊穿而發(fā)生爆炸，瞬間產(chǎn)生高氣流。此時(shí)梯級(jí)減振體系介入，

①泄壓閥在感知告警閾值后主動(dòng)打開而充當(dāng)快速泄壓通道，快速降低柜內(nèi)氣壓;②背面防爆膜主動(dòng)吸收殘留氣流作為備用通道，若泄壓閥通道無法滿足瞬間泄壓條件時(shí)主動(dòng)引爆防爆膜以防止擴(kuò)大故障范圍、損壞更多的計(jì)量設(shè)備，有效壓縮運(yùn)維成本;③勻速閉門器的介入，在一、二級(jí)防護(hù)工序均無法滿足要求時(shí)，通過卡扣勻速原理限制開門速度，保障運(yùn)維人員的人身安全，形成完整的基于減振原理的新型防爆技術(shù)。保護(hù)動(dòng)作流程見圖3。

5 效益分析

（1）從經(jīng)濟(jì)效益分析。一種基于減振原理的新型防爆計(jì)量柜技術(shù)研究，引用泄壓閥、防爆膜技術(shù)有效形成專屬、主動(dòng)泄壓通道，有效壓縮高壓計(jì)量柜高壓計(jì)量裝置故障爆炸時(shí)的范圍，保護(hù)柜體整體性能不被損壞，防爆膜、泄壓閥的購置更換費(fèi)用較低，有效壓縮運(yùn)維成本投入。

（2）從社會(huì)效益分析。新型防爆計(jì)量柜通過“泄壓閥、防爆膜、勻速閉門器”形成的梯級(jí)減振機(jī)制，以及柜體溫升變色可視化警示措施，提供應(yīng)急規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)渠道，有效保障運(yùn)維人員的人身安全，同時(shí)具備除潮舉措，以提高裝置運(yùn)行可靠性，減少故障率，具有良好的社會(huì)效益。

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