一种基于减振原理的新型防爆计量柜研究

董伟锋　方绍怀　蒋敬鹤　梁永昌　王泉

[摘    要]文章主要分析现有的高压计量柜设计构造中存在的问题，研究使用计量柜背面底部装设泄压阀及防爆膜，实现故障专属瞬间泄压通道;研究三级减振防护，通过“泄压阀、防爆膜、匀速闭门器”梯级防护原理，保证计量柜门不在爆炸产生瞬时力时而直接炸开;以及使用可变色涂料实现计量柜内部温升监测，实现计量柜内部温度变化可视化管控，进一步提高风险规避能力等技术方案，实现技术堵漏，最终形成一种基于减振原理的新型防爆计量柜。

[关键词]泄压阀;防爆膜;减振防护;温升监测

[中图分类号]TN402 [文献标志码]A [文章编号]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

“全国最好2021”是公司服务广东，走在全国前列、创造新的辉煌，助力南网公司战略落地的必然要求。安全无小事，责任重于山，安全生产一头联系千家万户，事关经济社会稳定大局;一头关系员工安危，事关公司生存发展。为确保公司决战决胜“全国最好2021”的目标顺利完成，必须强化人身风险管控，守住安全生产目标底线，深入分析当前安全生产工作存在的問题、漏洞，从组织上、技术上寻求改善措施，致力从根源上规避安全生产风险。

聚焦计量运维工作的安全作业管控，根据历年的安全生产事故案例分析，由于计量高压互感器电压一、二次回路短路接地或计量高压电流互感器电流一、二次回路开路而发生绝缘击穿、装置爆炸的事件占比83.2%;由于计量高压电压、电流互感器装置性能质量衰减引发绝缘击穿故障进而导致爆炸的事件占比16.8%。计量装置爆炸造成的后果为引发高压计量柜柜门爆破，瞬间冲量可直接击倒处于柜门前实行计量正确性六角图测试分析的计量运维人员，存在重大的安全生产隐患。因此定位至高压计量柜的结构设计中，分析现有的典型设计标准是否存在可修缮之处，主要问题如下。

①柜体整体结构均采取绝缘钢材封装，缺少在发生爆炸故障场景时瞬间释放压力冲量的专属引流通道;②针对高压柜门的保护措施单一，凭借钢制螺丝作为唯一的固化保护，缺少应对爆炸场景引发柜门鼓包或爆破的保护措施;③针对电压互感器发生短路接地故障、电流互感器发生开路故障时装置内部开始产生绝缘击穿的故障质变过程，缺少故障警示技术手段，运维人员无法及时发现柜体内部情况而作出应急规避风险的措施。

结合问题调研分析，研究创新技术改进方案，形成一种基于减振原理的新型防爆计量柜，以实现缺陷堵漏。①研究计量柜背面底部装设泄压阀及防爆膜，实现故障专属瞬间泄压通道;②研究三级减振防护，通过“泄压阀、防爆膜、匀速闭门器”梯级防护原理，保证计量柜门不在爆炸产生瞬时力时而直接炸开;③研究变色涂料显示计量柜内部温度变化，实现计量柜内部温度变化可视化管控，进一步提高风险规避能力。

1 专属泄压通道研究

针对现有高压计量柜柜体整体结构均采取绝缘钢材封装，缺少在发生爆炸故障场景时瞬间释放压力冲量的专属引流通道的问题现状，采取以下两项措施。设计改造见图1。

（1）增设泄压阀压力释放通道，泄压阀可根据系统的工作压力能自动启密，通过型式试验测试可计算得出高压计量柜适用的保护压力阈值，在计量柜背面底部装设泄压阀，用于引导高压、高温气流而实现柜体内部压力瞬间释放而避免爆炸风险，既符合计量装置、人员保护的要求也顺应防止小动物误入引发计量故障的隐患消除的要求。

（2）增设防爆膜是针对容器内压力超过预期阈值时，主动引发薄膜冲破进而实现容器压力瞬间下降的目的而避免爆炸，在计量柜背面下方设计柜式防爆膜，防爆膜背对作业人员，即使在危险发生时也能保障前方作业人员的安全。以泄压阀、防爆膜两道快速泄压技术方案，形成有效的专属泄压通道，有效解决柜体硬件构造的设计漏洞。

2 减振防护原理研究

针对高压柜门的保护措施单一，凭借钢制螺丝作为唯一的固化保护，缺少应对爆炸场景引发柜门鼓包或爆破的保护措施的问题现状，研究三级缓冲减振机制，通过“泄压阀、防爆膜、匀速闭门器”三道防护工序，通过设定梯级阈值形成梯级减振体系。匀速闭门器设计图见图2。一级防护为泄压阀快速减压通道，针对爆炸形成的瞬间冲量自动开启压力阀，顺应专属通道快速排放，当一级防护满足泄压要求时，将不引发防爆膜、“匀速闭门器”动作，有效保护柜体完好性，压缩故障范围与运维成本。二级防护为防爆膜主动引爆的快速减压动作，当一级保护未满足瞬间泄压时而立即响应动作，主要引爆、引流而实现故障泄压，保护柜门不被击飞，将故障范围集中于防爆膜处，有效减少故障运维成本。三级防护为“匀速闭门器”，保证计量柜门不在爆炸产生瞬时力时直接弹开，“匀速闭门器”安装于计量柜内部，在一二级泄压阀及防爆膜的层级保护作用均未满足压力释放要求时而动作的后备保护，通过齿轮卡扣形成匀速开启闭合机能，避免瞬间冲量的产生，规避柜门击飞的风险，有效保障运维人员的人身安全。

3 柜体温升可视化研究

针对电压互感器发生短路接地故障、电流互感器发生开路故障时，装置内部开始产生绝缘击穿的故障质变过程，缺少故障警示技术手段，运维人员无法及时发现柜体内部情况而作出应急规避风险的措施的问题现状，研究变色涂料显示计量柜内部温度变化技术方案，实现计量柜内部温度变化可视化管控，进一步提高风险规避能力。根据市场上现有可变色涂料应用于计量柜内，将可变色涂料置于可视窗口周边，通过计量柜内部温度变化涂料颜色逐渐加深，用户及工作人员可通过颜色深浅进行判断用电设备的使用情况。同时对现有计量柜内发热板进行改进，发热更迅速，产生热能更大，利于及时除潮气，降低计量柜内湿度，规避雨天季节由于潮气发生电力电路故障的隐患，确保计量设备安全可靠运行。

4 示例分析

通过模拟场景分析，设定当前存在一户高级高计用户，电压互感器规格型号为10 kV/100 V、电流互感器变比为75 A/5 A，其中PT接线采用V/V接法，PT侧B相电压二次一点接地为中性点;CT接线采用分相接法，CT侧二次K2一点接地，电流、电压二次回路经试验接线盒接入电能表，形成完整的计量二次回路，巡检人员登记的用户电能表A、C相计量元件电能量运行参数为100 V、1 A，折算一次侧电压10 kV、电流15 A。模拟设定故障发生点为试验接线盒A相电流连接铜片老化而发生开路现象，根据电流互感器的内部构造原理，当二次回路开路时，将在一次侧产生高电压逐步击穿互感器绝缘介质，此时新型防爆计量柜温度可视化监控表介入，迅速响应温升变化而发出涂料变色警示与告警，供巡检人員迅速逃离现场。同时随着时间推移，互感器逐渐绝缘击穿而发生爆炸，瞬间产生高气流。此时梯级减振体系介入，

①泄压阀在感知告警阈值后主动打开而充当快速泄压通道，快速降低柜内气压;②背面防爆膜主动吸收残留气流作为备用通道，若泄压阀通道无法满足瞬间泄压条件时主动引爆防爆膜以防止扩大故障范围、损坏更多的计量设备，有效压缩运维成本;③匀速闭门器的介入，在一、二级防护工序均无法满足要求时，通过卡扣匀速原理限制开门速度，保障运维人员的人身安全，形成完整的基于减振原理的新型防爆技术。保护动作流程见图3。

5 效益分析

（1）从经济效益分析。一种基于减振原理的新型防爆计量柜技术研究，引用泄压阀、防爆膜技术有效形成专属、主动泄压通道，有效压缩高压计量柜高压计量装置故障爆炸时的范围，保护柜体整体性能不被损坏，防爆膜、泄压阀的购置更换费用较低，有效压缩运维成本投入。

（2）从社会效益分析。新型防爆计量柜通过“泄压阀、防爆膜、匀速闭门器”形成的梯级减振机制，以及柜体温升变色可视化警示措施，提供应急规避风险渠道，有效保障运维人员的人身安全，同时具备除潮举措，以提高装置运行可靠性，减少故障率，具有良好的社会效益。

参考文献

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