CN110212444B - 一种气体绝缘金属封闭开关漏气的局部导流封堵方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气体绝缘金属封闭开关漏气的局部导流封堵方法，针对具有圆柱回转几何特征的壳体，设计专用夹具，通过胶粘剂将夹具固定于壳体之上，之后采用螺栓封闭出气口，最后再采用胶粘剂对出气口位置进行封堵。本发明还提出了局部封堵夹具尺寸设计的计算方法。同以往壳体整体涂装高强胶的方法相比，本发明施工成本大幅降低，施工周期短，对设备本体影响小，封堵成功率高。

Description

一种气体绝缘金属封闭开关漏气的局部导流封堵方法

技术领域

本发明涉及电力系统绝缘开关领域，更具体地，涉及一种气体绝缘金属封闭开关漏气的局部导流封堵方法。

背景技术

气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)因其具有占地面积小，结构紧凑、易于维护等优点，在110kV及以上电网系统获得了广泛应用。气体绝缘金属封闭开关的壳体由于铸造、轧制、焊接等原因，常常会产生气孔、裂纹缺陷，造成设备发生漏气现象。SF₆气体泄漏会带来以下危害：1.需要运检人员监视和补气，提升运检成本；2.泄漏情况严重时造成设备故障，导致停电等事故；3.SF₆是强烈的温室效应气体，会造成环境污染。因此，采用合理的技术措施完成漏气缺陷处理具有重要的工程使用价值。

对于在厂家制造过程中发现的缺陷，可以采用返修的方式进行补焊处理。但是对于现场已经安装，处于运行状态的GIS设备，由于补焊产生的高温，会导致GIS壳体内壁绝缘层烧损，SF₆气体高温分解等问题。因此，对于已经安装运行的GIS设备，无法采用补焊返修的方法，只能停电检修或者采取高分子高强胶封堵技术进行处理。

现有的封堵技术存在如下缺陷：1.申请号为CN201320578058.5的专利提出了一种引流式磁力堵漏夹具的方法，壳体材质需为磁性材料，目前气体绝缘金属封闭开关壳体大多为铝合金非磁性材料，不适用于该种方法。另外由于SF6分子具有很强的渗透性，对封堵区域结合界面的密封性要求极高，上述专利的胶圈安装环也难以达到有效密封。2.申请号为CN201810431205.3的专利提出了一种注剂方法，需要设计制作尺寸较大、结构复杂的螺栓连接环形夹具，随着时间的延长，注剂性能尤其是弹性会发生老化，有再次泄漏的风险。3.申请号为ZL201110341361.9的专利采用样冲冲击和环形抱箍的方法进行气体封堵。样冲冲击的方法严重依赖于施工人员的操作水平，密封效果差，封堵成功率低，一旦对缺陷处理不当还有可能造成缺陷的进一步扩大。对于具有回转截面特征的壳体结构，通过卡箍等机械压紧方式也难以达到可靠密封的目的。因此，上述专利技术更多的应用于钢质管道或者减缓气体泄漏量，而难以用于彻底消除组合电器SF6漏气缺陷。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明针对具有圆柱回转几何特征的壳体提出一种局部夹具导流漏气封堵方法，设计专用夹具，通过胶粘剂将夹具固定于壳体之上，之后采用螺栓封闭出气口，最后再采用胶粘剂对出气口位置进行封堵。本发明还提出了局部封堵夹具尺寸设计的计算方法。

具体地，本发明提出一种气体绝缘金属封闭开关漏气的局部导流封堵方法，包括：

针对所述开关的壳体，设计专用的局部封堵夹具，通过黏合将夹具固定于壳体之上，之后采用螺栓封闭出气口，最后再采用黏合剂对出气口位置进行封堵，从而实现漏气封堵。

所述方法具体包括：

第一步，根据气体绝缘金属封闭开关壳体尺寸及气体工作压力，制作局部封堵夹具；

第二步，喷砂处理局部封堵夹具出气口周边、结合区域，以及壳体待结合区域；

第三步，采用黏合剂将夹具粘接在壳体上；

第四步，待完成夹具粘接，黏合剂完全固化后，对气体进行封闭；

第五步，完成出气体封闭后，采用黏合剂将出气孔位置及周围螺栓进行涂装。

可选地，

所述局部封堵夹具包括粘结底座，密封垫圈和封闭螺栓。

可选地，

采用以下公式来初步确定局部封堵夹具的尺寸：

其中a，b，t分别为所述粘结底座的长、宽和壁厚。

可选地，

实际应用中，所用局部封堵夹具的壁厚t为定值，根据待封堵壳体部件的结构和外形尺寸，以满足或利于操作的要求确定出局部封堵夹具的长度或宽度，再根据所述公式计算出另一数值。

可选地，

所述局部封堵夹具的上部具有出气孔，出气孔具有螺纹，该螺纹同封闭螺栓相配合，用于最终的气体封闭。

可选地，

所述局部封堵夹具的板材厚度选择在6mm-12mm。

可选地，

所述局部封堵夹具采用6061铝合金或304不锈钢制成。

可选地，

所述封闭螺栓采用304不锈钢，螺栓的规格为M4-M12。

可选地，

第二步中，对局部封堵夹具出气口周边、结合区域，以及壳体待结合区域，采用喷砂处理，粗糙度大于Ra50微米。

可选地，

所述黏合剂采用硅钢增强的环氧树脂胶，所述环氧树脂胶包括环氧树脂、硅钢粉和固化剂组成。

可选地，

所述环氧树脂胶中，环氧树脂环氧当量182-192，所用硅钢粉中Si含量为8％-40％质量分数，硅钢粉同环氧树脂质量比为1.5:1-3:1，并采用改性脂肪胺固化剂作为固化剂。

可选地，

所述环氧树脂胶满足在5℃以上温度不需加热即可固化的条件，且所述环氧树脂胶同铝合金、不锈钢、钢基体的结合强度大于20Mpa，粘接过程中保持出气孔畅通。

可选地，

第四步中，将密封垫圈以及封闭螺栓拧入所述局部封堵夹具的出气孔，对气体进行封闭。

可选地，

所述密封垫圈采用聚四氟乙烯密封垫圈。

可选地，

第五步中，涂装厚度6-15mm，涂装区域扩展至出气孔到所述局部封堵夹具平面圆周3cm。

同以往壳体整体涂装高强胶的方法相比，施工成本大幅降低，施工周期短，对设备本体影响小，封堵夹具不影响壳体外观，封堵成功率高。

附图说明

图1是本发明提出的局部夹具导流封堵方法流程图。

图2是本发明的局部封堵夹具整体结构示意图。

图3是本发明的局部封堵夹具剖视图。

图4-1是本发明的局部封堵夹具主视图。

图4-2是本发明的局部封堵夹具仰视图。

图4-3是本发明的局部封堵夹具俯视图。

图4-4是本发明的局部封堵夹具剖视图A-A。

图5是本发明的局部封堵夹具受力分析图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示的流程图，本发明提出一种气体绝缘金属封闭开关壳体漏气的局部夹具导流封堵方法，具体包括：

第一步：测量漏气壳体的部件尺寸，根据气体绝缘金属封闭开关壳体尺寸及气体工作压力，制作局部封堵夹具。

局部封堵夹具的结构如图2和图3所示，其包括表示螺栓1，密封垫圈2和粘结底座3。其中粘结底座3是与开关壳体实际接触的部件，金属胶主要涂抹在其环形接触面上。螺栓1起到完成最终封堵的作用，而密封垫圈2主要保证螺栓1与粘结底座3接触面的密封性。

局部封堵夹具的尺寸由GIS壳体压力决定，采用如下方式进行计算：

其中l_弧长表示封堵部分的开关壳体弧长，r表示开关壳体半径，θ表示弧长对应的圆周角。

如图4-1,4-2,4-3所示，局部封堵夹具的粘结底座1的长为a，宽为b，壁厚为t。局部封堵夹具与GIS壳体接触面为一个方环形的面，此面由两个长圆弧面与两个短圆弧面组成，长圆弧面的长与粘结底板长相等为a，短圆弧面的长为b-2t。长圆弧面总面积的1/4为面1，其面积为S1，短圆弧面总面积的1/2为面2，其面积为S2，ds₁与ds₂分别为对S₁与S₂的微分。

如图4-4所示，x表示局部封堵夹具外边缘半径与水平线夹角，y表示局部封堵夹具内部空腔边缘半径与水平线夹角。图5示出了本发明的局部封堵夹具受力分析图。

胶的粘结力正交分解后只有其y方向的力与气体压力是一组相反力，

表示面1受y方向胶粘力，

表示面2所受y方向胶粘力。

分别为对

的微分，s表示胶的粘结强度。S_顶表示局部封堵夹具内部空腔顶部面积。p_气表示封闭金属壳体内部气体压力。

F_气＝p_气·S_顶＝p_气·(a-2t)·(b-2t) -(9)

其中s，p_气均可通过实际测量获得。

已知s＝30Mpa，P_气＝0.4Mpa，

则

F_气＝0.4·(a-2t)·(b-2t) -(11)

当

F_胶，F_气分别表示局部封堵夹具所受胶的粘结力与气体压力，等式(12)为当气体压力与胶粘结力相等时，根据确定的气体压强与胶的粘结强度，所得参数方程。

通过(12)可以得出局部封堵夹具长、宽、壁厚，三者的相对关系，可通过确定其中两个参数的值，得出第三个参数的值。一般在实际应用中，所用局部封堵夹具的壁厚为定值，根据待封堵壳体部件的结构和外形尺寸，以满足或利于操作的要求确定出局部封堵夹具的长度或宽度，再根据公式计算出另一数值。

在过往的工程实践中，在未有理论指导的前提下，根据实际操作经验设计制作的局部封堵夹具，也可以采用上述公式来检验是否满足封堵要求。

例如，根据实际操作经验设计制得的局部封堵夹具，其具体尺寸如下所示。

a＝b＝100mm 半径r＝150mm 壁厚t＝20mm

将上述参数，带入式(9)与式(10)得

F_气＝0.4·(a-2t)·(b-2t)＝1440N

表明该尺寸满足封堵要求。计算结果同工程实践一致，可以达到封堵目的。

通过上述计算，得出了气体导流装置所受内部气体压力与胶的粘结力，证明了初步设计的局部封堵夹具尺寸满足封堵技术要求。

局部封堵夹具的板材厚度选择在6mm-12mm。

局部封堵夹具可以为6061铝合金或304不锈钢。

封闭用螺栓采用304不锈钢，螺栓的规格为M4-M12。

第二步，喷砂处理局部封堵夹具出气口周边、结合区域，以及壳体待结合区域。

出气孔的外部以及其同封堵夹具结合区域，采用喷砂处理，粗糙度大于Ra50微米。

第三步，采用硅钢增强的黏合剂将夹具粘接在壳体上。

黏合剂采用硅钢增强的环氧树脂胶，其中环氧树脂环氧当量182-192，所用硅钢粉中Si含量为8％-40％(质量分数)，硅钢粉同环氧树脂质量比为1.5:1-3:1，并采用固化剂为改性脂肪胺固化剂。

所用环氧树脂胶满足在5℃以上温度不需加热即可固化的条件。

所采用的环氧树脂胶同铝合金、不锈钢、钢基体的结合强度大于20Mpa(正拉伸)，粘接过程中保持出气孔畅通。

第四步，待完成夹具粘接，环氧树脂基黏合剂完全固化后，将聚四氟乙烯密封垫圈以及螺栓拧入出夹具气孔，对气体进行封闭。

局部封堵夹具的上部存在出气孔，出气孔具有螺纹，该螺纹同封闭螺栓相配合，用于最终的气体封闭。

第五步，完成出气孔封闭后，采用环氧树脂胶将出气孔位置及周围螺栓进行涂装，涂装厚度6-15mm。涂装区域扩展至出气孔同夹具平面圆周3cm。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种气体绝缘金属封闭开关漏气的局部导流封堵方法，其特征在于，针对所述开关壳体，设计专用的局部封堵夹具，通过黏合剂将夹具固定于壳体之上，之后采用螺栓封闭出气口，最后再采用黏合剂对出气口位置进行封堵，从而实现漏气封堵；

所述方法具体包括：

第一步，根据气体绝缘金属封闭开关壳体尺寸及气体工作压力，制作局部封堵夹具；

所述局部封堵夹具包括粘结底座，密封垫圈和封闭螺栓，结合GIS壳体压力，封堵部分的开关壳体弧长，开关壳体半径，弧长对应的圆周角，局部封堵夹具所受胶的粘结力与气体压力，得到以下公式来确定局部封堵夹具的尺寸：

其中a，b，t分别为所述粘结底座的长、宽和壁厚；

第二步，喷砂处理局部封堵夹具出气口周边、结合区域，以及壳体待结合区域；

第三步，采用黏合剂将夹具粘接在壳体上；

第四步，待完成夹具粘接，黏合剂完全固化后，对气体进行封闭；

第五步，完成出气体封闭后，采用黏合剂将出气孔位置及周围螺栓进行涂装，涂装厚度6-15mm， 涂装区域扩展至出气孔同夹具平面圆周3cm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

实际应用中，所用局部封堵夹具的壁厚t为定值，根据待封堵壳体部件的结构和外形尺寸，以满足或利于操作的要求确定出局部封堵夹具的长度或宽度，再根据所述公式计算出另一数值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述局部封堵夹具的上部具有出气孔，出气孔具有螺纹，该螺纹同封闭螺栓相配合，用于最终的气体封闭。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，

所述局部封堵夹具的板材厚度选择在6mm-12mm。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述局部封堵夹具采用6061铝合金或304不锈钢制成。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述封闭螺栓采用304不锈钢，螺栓的规格为M4-M12。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

第二步中，对局部封堵夹具出气口周边、结合区域，以及壳体待结合区域，采用喷砂处理，粗糙度大于Ra50微米。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述黏合剂采用硅钢增强的环氧树脂胶，所述环氧树脂胶包括环氧树脂、硅钢粉和固化剂组成。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述环氧树脂胶中，环氧树脂环氧当量182-192，所用硅钢粉中Si含量为8％-40％质量分数，硅钢粉同环氧树脂质量比为1.5:1-3:1，并采用改性脂肪胺固化剂作为固化剂。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述环氧树脂胶满足在5℃以上温度不需加热即可固化的条件，且所述环氧树脂胶同铝合金、不锈钢、钢基体的结合强度大于20Mpa，粘接过程中保持出气孔畅通。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

第四步中，将密封垫圈以及封闭螺栓拧入所述局部封堵夹具的出气孔，对气体进行封闭。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述密封垫圈采用聚四氟乙烯密封垫圈。

Images