提高沈高GW6—550型隔離開關(guān)可靠性的研究與應(yīng)用

張冬

摘 要：沈高GW6-550型隔離開關(guān)在均壓環(huán)與連接底座的裝配方面具有通病，長(zhǎng)期運(yùn)行易導(dǎo)致均壓環(huán)松動(dòng)等缺陷。本文利用技術(shù)改造，有效消除了均壓環(huán)底部連接松脫的故障點(diǎn)，提高了沈高GW6-550型隔離開關(guān)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：隔離開關(guān)；均壓環(huán)；靜觸頭

1 選題背景

隔離開關(guān)，是變電站高壓開關(guān)電器中使用最多的一種電器，它本身的工作原理及結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對(duì)變電所、電廠的設(shè)計(jì)、建立和安全運(yùn)行的影響均較大。

隨著近年來(lái)新投運(yùn)變電站的增多、用電負(fù)荷的不斷增加，隔離開關(guān)類缺陷次數(shù)也逐年增多，由此造成的送電損失電量也逐年提高，處理該類缺陷造成的人力、物力投入也不斷增加。因此，減少隔離開關(guān)故障的發(fā)生，是提高地區(qū)主網(wǎng)供電可靠性的有效途徑。

以某超高壓供電局為例，500kV隔離開關(guān)中沈陽(yáng)高壓開關(guān)廠的產(chǎn)品占比較大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)達(dá)到66%，且沈高的各批次GW6-550型隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)形式相同，缺陷具有通病。若能提高其結(jié)構(gòu)中薄弱環(huán)節(jié)的可靠性，對(duì)降低缺陷次數(shù)將有較大貢獻(xiàn)。

2 缺陷分析

對(duì)近3年內(nèi)沈高生產(chǎn)的GW6-550型隔離開關(guān)發(fā)生過(guò)的各類缺陷歷史資料進(jìn)行梳理分析，整理出缺陷情況如表1所示。

由表1可以看出，均壓環(huán)松動(dòng)缺陷的累積百分比已達(dá)54.5%，占比最大，且缺陷復(fù)發(fā)率較高，處理缺陷時(shí)一般需要停電更換隔離開關(guān)靜觸頭相關(guān)零件，工作量較大，且均壓環(huán)安裝在近20m高的500kV管母附近，施工時(shí)屬于高空作業(yè)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，且對(duì)施工天氣要求較高。該缺陷的頻繁出現(xiàn)，對(duì)人力和物力都是極大的浪費(fèi)，若得到解決，會(huì)大幅提高隔離開關(guān)的可靠性。

沈高GW6-550型隔離開關(guān)包括：母線抱箍1、底板2、鋼芯鋁絞線環(huán)及上固定座3、靜觸頭4、連接底座5、均壓環(huán)6等6部分組成。

均壓環(huán)底部由均壓環(huán)固定螺栓5與橡膠緩沖器3連接，橡膠緩沖器3插入連接底座1后由固定螺栓6緊固。也就是說(shuō)，均壓環(huán)底部與連接底座是通過(guò)橡膠緩沖器的柔性連接。也正是由于這種結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致了目前均壓環(huán)松動(dòng)的缺陷頻發(fā)。

均壓環(huán)底部連接采用這種形式的設(shè)計(jì)初衷，是緩沖運(yùn)行中均壓環(huán)由于風(fēng)力作用等產(chǎn)生擺動(dòng)時(shí)對(duì)動(dòng)靜觸頭產(chǎn)生的沖擊。由于在露天環(huán)境使用，日曬、雨淋易導(dǎo)致橡膠緩沖器老化失效，其中的金屬固定件容易工作一段時(shí)間后脫出，使均壓環(huán)底部螺栓連接失效。同時(shí)，由于所示的連接方式，螺栓直接壓接在柔軟的橡膠上，無(wú)法可靠緊固（鎖緊力過(guò)大，容易將緩沖器金屬螺母拉出；鎖緊力過(guò)小，螺栓容易松脫），且該處連接在工作時(shí)承受變載荷，在反復(fù)壓縮釋放緩沖的過(guò)程中，螺栓極易松脫，導(dǎo)致均壓環(huán)底部螺栓脫落的事故。

3 建立模型

通過(guò)對(duì)均壓環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)物測(cè)量，結(jié)合GW6型隔離開關(guān)圖紙，對(duì)隔離開關(guān)靜觸頭進(jìn)行三維建模，建模及分析使用的是機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)軟件SolidWorks。

均壓環(huán)工作環(huán)境中，我們以瞬時(shí)強(qiáng)風(fēng)7～8級(jí)（風(fēng)速13.9～20.7m/s），計(jì)算時(shí)取最惡劣值，風(fēng)速V=20.7m/s，迎風(fēng)方向?yàn)榫鶋涵h(huán)圓周徑向水平單側(cè)受風(fēng)。使用SolidWorks的流體力學(xué)分析模塊Flow Simulation對(duì)均壓環(huán)周圍施加該風(fēng)速條件，均壓環(huán)周邊靜壓變化較為均勻平緩，可以使用常規(guī)風(fēng)阻公示計(jì)算均壓環(huán)所受風(fēng)力數(shù)值。

其中，F(xiàn)代表風(fēng)阻系數(shù)；C代表空氣阻力系數(shù)（當(dāng)前空速下雷諾數(shù)范圍內(nèi)，圓柱體）式中取C=1；ρ代表當(dāng)?shù)乜諝猓ㄈ≌８稍锟諝庵担│?1.29kg/m3；S代表均壓環(huán)迎風(fēng)面積S=0.17㎡；V代表當(dāng)?shù)仫L(fēng)速（見上文述）V=20.7m/s。

將數(shù)值帶入公式得，均壓環(huán)受風(fēng)力：F≈47N

對(duì)均壓環(huán)橡膠緩沖器進(jìn)行靜力分析，橡膠緩沖器受壓應(yīng)力：

其中，P代表橡膠堆所承受的垂直方向的載荷，這里取風(fēng)力P=F=47N（屬持續(xù)動(dòng)載荷）。A代表橡膠承壓面積，測(cè)量橡膠緩沖器內(nèi)金屬嵌件擠壓面積為70mm2。由理想使用條件，緩沖器內(nèi)金屬嵌件壓縮橡膠，并受持續(xù)載荷時(shí)的許用應(yīng)力得出，均壓環(huán)底部連接橡膠緩沖器的安全系數(shù)為1.78，小于2。相對(duì)于靜觸頭其他結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)偏低，容易破損失效。

由上述分析可知，均壓環(huán)松動(dòng)為橡膠緩沖器破損以及底部連接螺栓無(wú)法可靠緊固的原因造成，故確定該結(jié)構(gòu)為導(dǎo)致均壓環(huán)底部連接松動(dòng)的關(guān)鍵要因。

4 改造實(shí)施及效果

為徹底消除緩沖器易疲勞破損及連接螺栓易松動(dòng)的缺陷，擬采用全金屬連接的形式，對(duì)靜觸頭做出修改。改造原則是通過(guò)替換最少的零件，使均壓環(huán)底部連接更為可靠。運(yùn)行求解，最大應(yīng)力為27.3Mpa，出現(xiàn)在均壓環(huán)底部支架彎角處。材料屈服極限為153Mpa，計(jì)算安全系數(shù)5.6，裕度較高。故使用原均壓環(huán)，采用剛性連接設(shè)計(jì)可行，且安全系數(shù)高于預(yù)期。該改造方案已成功應(yīng)用于7座500kV變電站沈高GW6-550型隔離開關(guān)17處，改造后目前已穩(wěn)定運(yùn)行13個(gè)月。

由于該項(xiàng)改造有效消除了均壓環(huán)底部連接松脫的故障點(diǎn)，由此，應(yīng)用該改造方案提高設(shè)備可靠性后，長(zhǎng)期運(yùn)行將減少大量人力、物力損耗，也可避免大量電費(fèi)損失。

通過(guò)應(yīng)用該改造方案，消除了設(shè)備一項(xiàng)主要故障點(diǎn)，極大提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，有效減少設(shè)備維護(hù)次數(shù)，減少人員高空危險(xiǎn)作業(yè)次數(shù)，減少了應(yīng)處理缺陷而造成的停電時(shí)間，節(jié)約了大量人力、物力，使電網(wǎng)運(yùn)行更加安全可靠。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：內(nèi)蒙古超高壓供電局）