張盛煒，劉洋李，張 毅，李 濤

(西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)(gas-instulated switchgear，GIS)廣泛應(yīng)用于我國(guó)各個(gè)電壓等級(jí)的變電站中，其運(yùn)行過(guò)程中由于環(huán)境溫度及自身發(fā)熱部件所引起的溫度變化，會(huì)使其產(chǎn)生一定的伸縮;此外，設(shè)備震動(dòng)或地震等原因造成的基礎(chǔ)沉降也會(huì)使其相鄰間隔間產(chǎn)生相對(duì)位移量，這些位移量都會(huì)集中反應(yīng)在波紋管上。目前，國(guó)內(nèi)常用的為熱伸縮波紋管可以吸收加工尺寸公差、安裝誤差，方便檢修時(shí)拆卸，而且可吸收殼體由于熱脹冷縮產(chǎn)生的較大位移的變形量，吸收地震、基礎(chǔ)沉降等產(chǎn)生的較小的下沉量。熱伸縮波紋管一般在左側(cè)用法蘭進(jìn)行連接固定，在右側(cè)法蘭處留有一定尺寸，供其伸縮變化[1-2]。

在實(shí)際應(yīng)用中，波紋管的橫向伸縮量需要根據(jù)所處位置的環(huán)境溫度、安裝使用年限、短時(shí)間內(nèi)的溫差變化等外部因素以及GIS自身通電產(chǎn)生的熱效應(yīng)、母線長(zhǎng)度等綜合考慮得出，其垂直方向的相對(duì)位移則是由于設(shè)備震動(dòng)、基礎(chǔ)沉降等原因?qū)е?。目前常?jiàn)的熱伸縮波紋管在GIS設(shè)備中的長(zhǎng)度一般都小于485 mm，因此可以通過(guò)計(jì)算得出波紋管的年伸縮形變量約為±10 mm。不同廠家的熱伸縮波紋管的各部件尺寸如表1所示，其中x、y分別為左右兩側(cè)法蘭的寬度，z為波紋管伸縮部分長(zhǎng)度[3]。

表1 不同廠家的熱伸縮波紋管尺寸

1 現(xiàn)有伸縮量測(cè)量方案介紹

針對(duì)熱伸縮波紋管在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的伸縮量測(cè)量問(wèn)題，目前市面上有一些相對(duì)應(yīng)的解決方案，主要分為簡(jiǎn)易測(cè)量裝置和電子測(cè)量裝置兩種。

1.1 簡(jiǎn)易測(cè)量裝置

簡(jiǎn)易測(cè)量裝置是目前新生產(chǎn)的波紋管中最常見(jiàn)，也是最直接的一種測(cè)量方式，即在波紋管兩側(cè)法蘭上鉆孔，利用鉚釘或螺絲在一端固定一把鋼尺，在另一端固定一個(gè)指針，來(lái)測(cè)量其位移量。這種方式的局限性為：

1) 需要進(jìn)行鉆孔才能安裝，僅適合新設(shè)備生產(chǎn)時(shí)加裝，不適合現(xiàn)有設(shè)備改造。

2) 其功能只能測(cè)量橫向的伸縮量，對(duì)因震動(dòng)或沉降而產(chǎn)生的垂直方向的位移量無(wú)法測(cè)量。

1.2 電子測(cè)量裝置

電子測(cè)量裝置多用于管徑粗、長(zhǎng)度長(zhǎng)的波紋管中，其結(jié)構(gòu)為在一側(cè)法蘭上固定紅外發(fā)射裝置，再另一側(cè)安裝接受裝置，利用光線進(jìn)行測(cè)距。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)明顯，即測(cè)量精度高，且可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)功能。但其不足之處也較為突出，主要為：

1) 電子設(shè)備的供電問(wèn)題在現(xiàn)有設(shè)備改造時(shí)難以解決。

2) 裝置造價(jià)較高。

2 新型波紋管位移測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

針對(duì)上述現(xiàn)有裝置在功能和結(jié)構(gòu)上存在的不足，以設(shè)備運(yùn)維需求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種新型波紋管位移測(cè)量裝置，可以在不對(duì)一次設(shè)備鉆孔等破壞的前提下牢固固定，且可以同時(shí)測(cè)量橫向、垂直方向的位移量以及波紋管兩側(cè)的相對(duì)角度變化。該裝置具有安全、穩(wěn)定、通用、可靠、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 裝置組成

介紹的波紋管位移測(cè)量裝置由4部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含左側(cè)固定組件、右側(cè)固定組件、位移測(cè)量組件及角度測(cè)量組件。

圖1 波紋管位移測(cè)量裝置整體結(jié)構(gòu)

1) 左、右側(cè)固定組件由固定夾件、彈簧螺栓兩部分組成，左、右固定夾件分別使用4支彈簧螺栓，夾裝在波紋管左右兩側(cè)的法蘭上，固定夾件上有開(kāi)孔，以便固定位移測(cè)量組件及角度測(cè)量組件。

2) 位移測(cè)量組件包含一個(gè)橫向標(biāo)尺和一個(gè)垂直方向標(biāo)尺，分別固定于左、右兩側(cè)的固定夾件上，橫向標(biāo)尺末端從垂直方向標(biāo)尺下方穿過(guò)，既起到一定的防掉落作用，也可以使兩種標(biāo)尺互為指針，方便觀測(cè)。

3) 角度測(cè)量組件包含一個(gè)固定底座、一個(gè)水平尺及固定螺絲。固定底座通過(guò)固定螺絲固定在左、右固定夾件上，根據(jù)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，既可以保證其穩(wěn)定，也給兩個(gè)法蘭伸縮、沉降留有一定的空間。水平尺固定在底座上，用以測(cè)量沉降角度。

2.2 裝置功能

1) 新型波紋管位移測(cè)量裝置的左、右固定夾件中夾板間距均為70 mm，則可以加裝于法蘭厚度小于70 mm的波紋管。采用彈簧螺栓擰緊固定，可以在一次設(shè)備不停電，且不需要對(duì)其進(jìn)行鉆孔固定等破壞的前提下進(jìn)行安裝，此種固定方式靈活簡(jiǎn)便，且本裝置全部為機(jī)械測(cè)量，不需要考慮取電的問(wèn)題，因此對(duì)于在建設(shè)時(shí)未加裝波紋管位移測(cè)量裝置的變電站升級(jí)改造十分友好。

2) 裝置包含橫向、垂直方向兩支測(cè)量標(biāo)尺以及一個(gè)水平尺，可以同時(shí)測(cè)量波紋管橫向、垂直方向的位移量以及兩側(cè)的相對(duì)沉降角度，相比于現(xiàn)有僅能測(cè)量橫向位移的裝置來(lái)說(shuō)，增加了兩項(xiàng)測(cè)量值，使運(yùn)維人員對(duì)波紋管設(shè)備狀態(tài)判斷更加準(zhǔn)確。

3) 裝置采用6061鋁合金作為主要材料，具有良好的抗腐蝕性、韌性高且加工后不易變形、材料致密無(wú)缺陷且易于拋光、抗氧化效果極佳、密度適中，符合裝置所需要的強(qiáng)度及可加工性，適宜在戶內(nèi)、外各種環(huán)境下運(yùn)行，同時(shí)不會(huì)給所測(cè)設(shè)備增加過(guò)多的負(fù)重，且造價(jià)適中。

3 裝置工程應(yīng)用

該裝置目前已加裝于西北地區(qū)某110 kV變電站，安裝、測(cè)試結(jié)果如下。

1) 本裝置可以穩(wěn)定、牢固地安裝在波紋管兩側(cè)的法蘭上，并通過(guò)彈簧螺栓可靠固定，固定后未出現(xiàn)晃動(dòng)、變形等情況，很好地解決了不破壞一次設(shè)備即可加裝的問(wèn)題，且對(duì)多種厚度的法蘭都可以良好地安裝固定。

2) 通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，本裝置可以有效地觀測(cè)波紋管的位移，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)該110 kV變電站GIS設(shè)備中的4只波紋管中，一年中橫向伸縮范圍為-3～5 mm，垂直方向最大位移為2 mm，波紋管左右兩側(cè)相對(duì)沉降最大角度為1.64°。

由于該變電站波紋管長(zhǎng)度均小于該裝置的設(shè)計(jì)寬度345 mm，因此均可以良好應(yīng)用，而對(duì)于更高電壓等級(jí)的長(zhǎng)度大于345 mm的波紋管，后續(xù)需要增加設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行進(jìn)一步更加深入的研究探討。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上針對(duì)變電站GIS設(shè)備波紋管位移監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求設(shè)計(jì)了一種波紋管位移測(cè)量裝置，可以達(dá)到不停電、無(wú)損安裝，測(cè)量參數(shù)全面等效果，可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有的未加裝波紋管位移測(cè)量裝置的變電站中，同時(shí)也可以在GIS設(shè)備制造時(shí)提前加裝。

該測(cè)量裝置穩(wěn)定可靠、靈活方便，可以有效地對(duì)因波紋管兩端位移量過(guò)大而導(dǎo)致的設(shè)備損壞等異常進(jìn)行提前預(yù)警，提升運(yùn)維水平，提高供電可靠性。