GWG16型隔離開關(guān)傳動(dòng)軸套故障的分析與處理

吳　勝，　廖　軍，　賈鳳鳴，　黃偉民，　高　燃

國家電網(wǎng)安徽省電力公司 檢修公司　合肥　230001

GWG16型隔離開關(guān)傳動(dòng)軸套故障的分析與處理

吳勝，廖軍，賈鳳鳴，黃偉民，高燃

國家電網(wǎng)安徽省電力公司 檢修公司合肥230001

某1000kV變電站GWG16型隔離開關(guān)在操作中發(fā)生故障，隔離開關(guān)本體傳動(dòng)軸套竄動(dòng)松脫，導(dǎo)致動(dòng)力傳遞中斷，無法完成分合閘動(dòng)作。針對(duì)這一故障進(jìn)行分析，得出故障原因，并提出改進(jìn)方案。

隔離開關(guān)；傳動(dòng)軸套；故障

1　故障背景

隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中廣泛使用的一次設(shè)備，其工作原理及結(jié)構(gòu)比較簡單，但是使用量大，工作可靠性要求高，對(duì)變電所和電廠的安全運(yùn)行影響較大[1-3]。

隔離開關(guān)一般由導(dǎo)電、支撐、傳動(dòng)部分，以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。其中，傳動(dòng)部分和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是隔離開關(guān)的動(dòng)力來源，完成隔離開關(guān)的一系列操作命令[4-6]。由于氣體絕緣組合電器設(shè)備密封性要求，隔離開關(guān)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與導(dǎo)電部分隔離[7]，通過齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，如圖1所示。

圖1　隔離開關(guān)示意圖

當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致分合閘動(dòng)作無法完成。如果在分合閘過程中出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致電弧長時(shí)間灼傷隔離開關(guān)觸頭，損壞導(dǎo)電回路。

通過分析某1000kV變電站氣體絕緣組合電器設(shè)備GWG16型隔離開關(guān)在操作中出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)該種型號(hào)隔離開關(guān)在接到分合閘操作命令后，隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱與本體連接的傳動(dòng)軸在高速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生了軸向移動(dòng)，導(dǎo)致隔離開關(guān)本體傳動(dòng)軸套松脫，隔離開關(guān)本體不能正常進(jìn)行動(dòng)作，進(jìn)而使操作失效。

筆者通過分析產(chǎn)生軸向移動(dòng)的原因，提出可行的改進(jìn)方案，從根源上解決了此類型故障，保證了 1000kV 氣體絕緣組合電器的安全可靠運(yùn)行。

2　故障概況

某1000kV變電站送電過程中，操作T0522隔離開關(guān)，三相機(jī)構(gòu)顯示位置不對(duì)應(yīng)，B、C兩相在合閘狀態(tài)，A相隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)顯示在合位，但本體一次機(jī)械卻指示在分位。

檢查隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱與本體傳動(dòng)部件，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部電機(jī)齒輪傳動(dòng)軸與本體傳動(dòng)軸嚙合緊密，沒有發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象，因此問題不在此處。

現(xiàn)場將T0522隔離開關(guān)A相的機(jī)構(gòu)箱與本體連接部分拆分，螺栓固定件處也未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)和變位現(xiàn)象。

再次檢查發(fā)現(xiàn)，中間軸套已旋轉(zhuǎn)伸出，造成隔離開關(guān)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變位，本體沒有合閘，如圖2所示。

圖2　隔離開關(guān)本體中間軸套

3　故障分析

GWG16型隔離開關(guān)本體與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過中間軸套頭部齒輪和豎直錐齒輪嚙合來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，如圖3所示。高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)在齒輪之間產(chǎn)生摩擦力，對(duì)摩擦力進(jìn)行分解，有徑向力、軸向力、周向力[8-10]，如圖4所示。圖4中，n1為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)向，n2為從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向，F(xiàn)r1為主動(dòng)輪徑向力，F(xiàn)r2為從動(dòng)輪徑向力，F(xiàn)a1為主動(dòng)輪軸向力，F(xiàn)a2為從動(dòng)輪軸向力，F(xiàn)t1為主動(dòng)輪周向力，F(xiàn)t2為從動(dòng)輪周向力。由于中間軸套為螺旋式，在電機(jī)正反轉(zhuǎn)，即n1、n2方向變化的情況下，如果軸承與軸套之間固定不牢固，F(xiàn)r2和Ft2的作用會(huì)使軸套逐漸竄出，進(jìn)而造成軸套脫落，齒輪失去嚙合。

圖3　動(dòng)力傳遞示意圖

圖4　齒輪受力分析

軸承與軸套常用的連接方式有銷釘連接、螺釘連接、摩擦連接、鍵連接、沖鉚連接。GWG16型隔離開關(guān)采用摩擦連接和沖鉚連接，在動(dòng)力傳遞時(shí)由于軸承與軸套不能完全貼合，使軸承除了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還有圓錐擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如圖5所示，軸承有一個(gè)沿著擺動(dòng)軸心向外的離心力F′。F′的長時(shí)間作用，會(huì)導(dǎo)致軸套從軸承上脫出，引發(fā)故障。

圖5　軸承受力分析

4　改進(jìn)方案

根據(jù)所分析的缺陷原因，提出以下改進(jìn)方案： ① 增大Fa2，或采用和Fa2方向相同的外力；② 減小θ。此外，針對(duì)中間軸承的安裝特點(diǎn)，通過受力分析，設(shè)計(jì)增加特殊墊片的改進(jìn)方法。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出的特殊墊片如圖6所示。

圖6　特殊墊片示意圖

特殊墊片安裝在圖7所示位置，既可以防止傳動(dòng)軸套松動(dòng)，又減小θ，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

圖7　特殊墊片安裝示意圖

所設(shè)計(jì)的特殊墊片可以安裝在軸套的固定孔上，在特殊墊片的中間開凹凸孔，在中間孔中放入銅墊圈，和軸套尺寸相同，對(duì)軸套產(chǎn)生軸向壓力，可以有效防止傳動(dòng)軸套產(chǎn)生前后竄動(dòng)。

5　現(xiàn)場實(shí)施

根據(jù)所設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案，加工出特殊墊片并對(duì)所有GWG16型隔離開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)安裝。

針對(duì)GWG16型隔離開關(guān)改進(jìn)20多組，反復(fù)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，隔離開關(guān)分合閘正常，軸套固定牢固，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格?，F(xiàn)場證實(shí)所采用的改進(jìn)方案徹底解決了隔離開關(guān)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)缺陷，保障了電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

6　結(jié)論

通過對(duì)某1000kV變電站GWG16型隔離開關(guān)傳動(dòng)軸套竄動(dòng)松脫問題進(jìn)行研究，由傳動(dòng)系統(tǒng)受力分析，得出故障原因。設(shè)計(jì)了一種特殊墊片，安裝在軸套外側(cè)，對(duì)軸套產(chǎn)生軸向壓力，消除了軸套的竄動(dòng)松脫問題，保障了隔離開關(guān)的可靠分合閘，從而保證了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和操作，對(duì)同類型同原理設(shè)備的故障處理有借鑒意義。

[1] 國家電網(wǎng)公司人力資源部.電力安全生產(chǎn)及防護(hù)[M].北京： 中國電力出版社,2010.

[2] 李昂,王志川.GW11-550型高壓隔離開關(guān)缺陷處理[J].四川電力技術(shù), 2008,31(3)： 82-83.

[3] 劉海析,潘世巖,董元清,等.氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備低溫環(huán)境運(yùn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].上海電氣技術(shù),2013,8(2)： 38-42.

[4] 盛明學(xué),王志清.戶外高壓隔離開關(guān)常見故障的原因分析與處理[J].高壓電器, 2010，46(10)： 93-96.

[5] 李繼光.戶外高壓隔離開關(guān)常見故障原因及處理措施[J].電工電氣,2011(3)： 51-53.

[6] 趙鐵林.高壓隔離開關(guān)的故障及處理分析[J].科技信息(科學(xué)教研),2008(22)： 302，314.

[7] 王松,王海燕.一種用于GIS隔離開關(guān)的新型電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)研發(fā)[J].高壓電器, 2016(6)： 167-171.

[8] 李黨育.螺旋錐齒輪制造技術(shù)對(duì)比研究及應(yīng)用[J].機(jī)械制造,2014,52(2)： 47-50.

[9] 周長江，唐進(jìn)元，鐘志華.齒輪傳動(dòng)的線外嚙合與沖擊摩擦[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，44(3)： 75-81.

[10] 張靖，陳兵奎，康傳章，等.計(jì)及齒面摩擦的直齒輪動(dòng)力學(xué)分析[J].振動(dòng)與沖擊，2012，31(21)： 126-132.

(編輯： 啟德)

A GWG16 isolating switch in a 1000kV substation went wrong in the operation resulting in power transmission interruption and failure completion of switching movement due to loose transmission bushing of the isolating switch. By analyzing the fault to identify the source of trouble and put forward the improvement proposal.

IsolatingSwitch；TransmissionBushing；Fault

TM564.1

B

1674-540X(2017)04-072-03

2017年4月

吳勝(1968—)，男，本科，高級(jí)技師，主要從事電力系統(tǒng)一次設(shè)備檢修工作，E-mail: wushen@163.com