550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂分析及解決方案

劉文暉，龐小峰，王增彬，孫帥，易少俊

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.廣東省電力裝備可靠性企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510080；3.江蘇省如高高壓電器有限公司,江蘇 如皋 226572)

高壓隔離開關(guān)作為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵變電設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，特別是500 kV隔離開關(guān)的損壞將直接危及到電網(wǎng)運(yùn)行，造成局部電網(wǎng)解列，給電網(wǎng)造成災(zāi)難性影響[1]。廣東位于沿海地區(qū)，屬于臺(tái)風(fēng)的重災(zāi)區(qū)[2]，近年來(lái)的多次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸對(duì)電力設(shè)施造成極大破壞，隔離開關(guān)設(shè)備損失最為嚴(yán)重，占比超過53%。隔離開關(guān)在臺(tái)風(fēng)中損壞突出表現(xiàn)為支柱瓷絕緣子斷裂，如在“彩虹”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中，某500 kV變電站11組550 kV隔離開關(guān)中出現(xiàn)8組受損，其中某廠家550 kV剪刀式隔離開關(guān)多支支柱瓷絕緣子出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象[3]。

支柱瓷絕緣子作為高壓隔離開關(guān)最重要的部件之一，主要用來(lái)支撐導(dǎo)體及將導(dǎo)體與地絕緣隔離，其可靠性對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要,經(jīng)常發(fā)生斷裂事故[4-15]的原因多為瓷瓶質(zhì)量問題，如腐蝕、膠裝不合格等。對(duì)于強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中高壓隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂問題的分析，一般從工況著手，主要從理論計(jì)算[14-16]、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核[17]、仿真分析[18]以及試驗(yàn)驗(yàn)證[3]等對(duì)受損隔離開關(guān)斷裂的原因進(jìn)行分析，得出風(fēng)速超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求是隔離開關(guān)受損的首要原因[3]。對(duì)此，本文對(duì)某廠家550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中受損斷裂的原因進(jìn)行分析，得出該型號(hào)支柱瓷絕緣子的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致支柱瓷絕緣子裝配后承受一個(gè)額外的較大的裝配應(yīng)力，降低了支柱瓷絕緣子的實(shí)際承載能力，并提出了將操作軸銷孔改為腰孔以消除絕緣子裝配應(yīng)力的解決方案。

1 事故原因分析

1.1 事故背景資料介紹[3]

2015-10-04T14:10，22號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“彩虹”(17級(jí)，最大風(fēng)速67.2 m/s)正面登陸湛江地區(qū)，造成550 kV港城變電站變電設(shè)備損壞，全站停運(yùn)，附近最大風(fēng)力達(dá)15級(jí)。

站內(nèi)某廠家550 kV剪刀式隔離開關(guān)多支支柱瓷絕緣子斷裂，斷裂的主要部位集中在第二、三節(jié)(從上往下數(shù))法蘭端面，如圖1所示。支柱絕緣子斷裂面瓷質(zhì)均勻、致密，未觀察到由于燒制質(zhì)量不當(dāng)引起的瓷質(zhì)粗糙、黃芯、氣孔、微裂紋、雜質(zhì)等缺陷。

圖1 斷裂的支柱絕緣子Fig.1 Fractured post porcelain insulators

對(duì)該設(shè)備支柱絕緣子的抗風(fēng)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)基本風(fēng)速，基本風(fēng)壓

(1)

式中：υ為基本風(fēng)速 ；ρ為空氣密度。當(dāng)υ=59.9 m/s時(shí)，基本風(fēng)壓

風(fēng)壓力

F=P0S.

(2)

式中S為設(shè)備迎風(fēng)面積。

根據(jù)受損的550 kV剪刀式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)，分別計(jì)算設(shè)計(jì)風(fēng)速為38.4 m/s及實(shí)際風(fēng)速為59.9 m/s時(shí)，靜觸頭、導(dǎo)電管、均壓環(huán)等所受的風(fēng)壓力F對(duì)絕緣子底部的彎矩，并將其折算到最終絕緣子頂端所受的力Fd，分別是Fd1=3.2 kN[3]、Fd2=7.78 kN[3]。

可見:當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速為38.4 m/s時(shí)，絕緣子頂端所受力3.2 kN遠(yuǎn)小于抗彎破壞力12.5 kN;而當(dāng)最大風(fēng)速達(dá)到59.9 m/s時(shí)，風(fēng)載荷產(chǎn)生的附加在絕緣子頂端的力7.78 kN已經(jīng)接近絕緣子彎矩破壞力12.5 kN，絕緣子抗彎強(qiáng)度的裕度大大降低。

1.2 安裝結(jié)構(gòu)原因分析

550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子的額定抗彎強(qiáng)度為12.5 kN，其破壞抗彎強(qiáng)度一般是額定抗彎強(qiáng)度的1.25倍以上(某瓷絕緣子生產(chǎn)廠家提供，具體抗彎設(shè)計(jì)裕度由支柱瓷絕緣子生產(chǎn)工藝的分散性而定，分散性越大，設(shè)計(jì)裕度越高)，即15.625 kN。由上文可知，當(dāng)最大風(fēng)速達(dá)到59.9 m/s時(shí)，風(fēng)載荷產(chǎn)生的附加在550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子頂端的等效抗彎力為7.78 kN，安全系數(shù)達(dá)到2倍。

DL/T 486—2010《高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)》[1]第4.103條“額定端子靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷”中規(guī)定：絕緣子抗彎強(qiáng)度的靜態(tài)安全系數(shù)應(yīng)大于等于2.75，動(dòng)態(tài)安全系數(shù)應(yīng)大于等于1.7。風(fēng)載荷為動(dòng)態(tài)負(fù)荷，550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子具有2倍的抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)，大于1.7，滿足風(fēng)速為59.9 m/s時(shí)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷作用要求，所以該隔離開關(guān)多支支柱絕緣子斷裂必然有其他原因。

圖2為某廠家受損隔離開關(guān)絕緣子安裝結(jié)構(gòu)示意圖。受損的550 kV剪刀式隔離開關(guān)操作絕緣子、支柱絕緣子上下法蘭安裝聯(lián)接結(jié)構(gòu)均為剛性聯(lián)接，高度安裝尺寸不可調(diào)，生產(chǎn)上不可能保證操作絕緣子、支柱絕緣子高度尺寸完全一致。

圖2 受損隔離開關(guān)絕緣子安裝結(jié)構(gòu)Fig.2 Insulator installation structure of the damaged disconnector

GB/T 8287.2—2008《標(biāo)稱電壓高于1 000 V系統(tǒng)用戶內(nèi)和戶外支柱絕緣子 第2部分：尺寸與特性》第5條“尺寸特性”中規(guī)定：當(dāng)絕緣子高度h大于1 220 mm時(shí)，h允許偏差為±(1.5 mm+0.001h)。550 kV隔離開關(guān)IV級(jí)污穢絕緣子高度為4.7 m，計(jì)算可得h的允許偏差為±6.2 mm。假定支柱絕緣子高度H1取上偏差，操作絕緣子高度H2取下偏差，則其高度差為12.4 mm，考慮到操作絕緣子上下聯(lián)接操作法蘭軸高度方向設(shè)計(jì)留有最大軸向串動(dòng)間隙為5 mm，故絕緣子聯(lián)接螺栓緊固到位后，絕緣子上下聯(lián)接結(jié)構(gòu)高度方向需變形2.4 mm來(lái)彌補(bǔ)此種絕緣子高度差(瓷柱為脆性材料，計(jì)算時(shí)不考慮絕緣子變形)，此種剛性聯(lián)接會(huì)導(dǎo)致支柱絕緣子承受額外較大的裝配應(yīng)力，削弱支柱瓷絕緣子抗拒風(fēng)載等外力的能力。

與絕緣子上法蘭聯(lián)接件有鋁鑄件箱體、上操作法蘭、上操作軸、聯(lián)接軸銷等，與絕緣子下法蘭聯(lián)接件有產(chǎn)品底座、下操作法蘭、下操作軸、聯(lián)接軸銷等,其中，鋁鑄件箱體、產(chǎn)品底座的彈性系數(shù)(結(jié)構(gòu)材料彈性模量E與結(jié)構(gòu)截面慣性矩I的乘積)遠(yuǎn)大于操作法蘭、操作軸、聯(lián)接軸銷等，其變形量可以忽略不計(jì)，操作法蘭、操作軸、聯(lián)接軸銷等在絕緣子安裝結(jié)構(gòu)中屬于薄弱件，下文將通過操作法蘭、操作軸、聯(lián)接軸銷等的變形估算絕緣子承受的額外的裝配應(yīng)力。

以圖2中支柱絕緣子根部中心點(diǎn)為支點(diǎn)，絕緣子高度差產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裝配應(yīng)力作用在操作絕緣子上時(shí)，其產(chǎn)生的作用力F沿操作絕緣子軸線向上或向下，操作絕緣子與支柱絕緣子中心距為L(zhǎng)(約為500 mm)，則F對(duì)支柱絕緣子根部產(chǎn)生的彎矩

M=FL.

(3)

支柱絕緣子高度為h(4 700 mm)，則彎矩折算到支柱瓷絕緣子頂部抗彎力

Fd=M/h.

(4)

1.2.1 操作軸受力計(jì)算

操作軸材料為304不銹鋼棒，裝配應(yīng)力使聯(lián)接軸銷孔承受拉力，此時(shí)使其屈服變形的最小拉力

F1=σs1A1.

(5)

式中：A1為操作聯(lián)接銷孔處最小受力截面面積，取為1 177.4 mm2；σs1為操作軸屈服強(qiáng)度，取為205 MPa。

由式(3)、(4)、(5)計(jì)算可得Fd=25.7 kN。顯然，F(xiàn)d遠(yuǎn)大于支柱瓷絕緣子的破壞抗彎強(qiáng)度15.625 kN，也就是說(shuō)在操作軸屈服變形之前，支柱瓷絕緣子已經(jīng)破壞，故支柱瓷絕緣子斷裂時(shí)，操作軸未變形。

1.2.2 聯(lián)接軸銷受力計(jì)算

聯(lián)接軸銷安裝在操作法蘭軸的軸銷孔內(nèi)，此時(shí)外露兩端承受剪切力F2，F(xiàn)2可由下式計(jì)算，即

F2=2τA2.

(6)

式中：A2為聯(lián)接銷最小剪切截面積，取為201 mm2；τ為聯(lián)接軸銷剪切強(qiáng)度，聯(lián)接軸銷為304不銹鋼棒，τ取值為364 MPa。

由式(3)、(4)、(6)計(jì)算可得Fd=15.6 kN。Fd幾乎等于支柱瓷絕緣子的破壞抗彎強(qiáng)度15.625 kN，也就是說(shuō)在聯(lián)接軸銷屈服變形時(shí)，支柱瓷絕緣子也已經(jīng)破壞;但這與事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符，支柱瓷絕緣子斷裂時(shí)，聯(lián)接軸銷未變形。

1.2.3 操作法蘭受力計(jì)算

操作法蘭通過聯(lián)接軸銷與操作法蘭軸聯(lián)接，操作法蘭與軸聯(lián)接部分為套筒(與法蘭件焊接而成)，操作法蘭銷孔承受拉力，此時(shí)屈服變形的最小拉力

F3=σs2A3.

(7)

式中：A3為操作法蘭聯(lián)接銷孔處最小受力截面面積，取為324 mm2；σs2為操作法蘭屈服強(qiáng)度，操作法蘭材料為Q235B，σs2取值為235 MPa。由式(3)、(4)、(7)計(jì)算可得Fd=8.1 kN，此時(shí)Fd小于支柱瓷絕緣子的破壞抗彎強(qiáng)度15.625 kN，也就是說(shuō)在操作法蘭銷孔屈服變形時(shí)，支柱瓷絕緣子尚未破壞，與事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符?？紤]附加最大風(fēng)速達(dá)到59.9 m/s時(shí)，實(shí)際彎矩為15.88 kN，已大于支柱瓷絕緣子的破壞彎矩15.625 kN，支柱瓷絕緣子發(fā)生斷裂。

1.2.4 安裝結(jié)構(gòu)分析

由以上計(jì)算分析可知：因550 kV剪刀式隔離開關(guān)絕緣子安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，操作絕緣子與支柱絕緣子聯(lián)接螺栓緊固到位后，主要由操作絕緣子上下操作法蘭的聯(lián)接銷孔變形(2.4 mm圓孔變腰形孔)來(lái)彌補(bǔ)2個(gè)絕緣子的高度差，此種剛性聯(lián)接導(dǎo)致絕緣子承受額外的裝配應(yīng)力；同時(shí)此種裝配應(yīng)力對(duì)支柱瓷絕緣子頂部產(chǎn)生一個(gè)額外的8.1 kN的彎矩力，削弱了支柱瓷絕緣子抗拒風(fēng)載等外力的能力。

1.3 其他結(jié)構(gòu)分析

由上文可知，風(fēng)負(fù)荷較大是550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱絕緣子發(fā)生斷裂的誘因。由式(2)可知，風(fēng)負(fù)荷的大小與設(shè)備的迎風(fēng)面積有關(guān)，而設(shè)備的迎風(fēng)面積與設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性相關(guān)。

當(dāng)最大風(fēng)速達(dá)到59.9 m/s時(shí)，風(fēng)負(fù)荷對(duì)550 kV剪刀式隔離開關(guān)設(shè)備支柱絕緣子頂部產(chǎn)生的附加力已經(jīng)接近絕緣子的額定抗彎力12.5 kN，絕緣子較容易發(fā)生斷裂。從結(jié)構(gòu)上分析，該設(shè)備的屏蔽罩、箱體、鋼支架等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上未考慮強(qiáng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)負(fù)荷的影響，零部件迎風(fēng)面積較大，導(dǎo)致設(shè)備承受的風(fēng)負(fù)荷過大，降低了設(shè)備抵御強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的能力。

為提高隔離開關(guān)的抗風(fēng)載能力，可采取減小結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、增加防風(fēng)措施等措施。

圖3為該設(shè)備屏蔽罩結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的屏蔽罩結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 屏蔽罩Fig.3 Shielding case

圖4 改進(jìn)后的屏蔽罩Fig.4 Improved shielding case

如圖3、圖4所示：靜觸頭鉗夾處1個(gè)屏蔽罩最大迎風(fēng)面積為0.28 m2，改進(jìn)后最大迎風(fēng)面積可減少0.13 m2；導(dǎo)電臂處2個(gè)屏蔽罩最大迎風(fēng)面積為0.39 m2，改進(jìn)后最大迎風(fēng)面積可減少0.16 m2。由式(1)、(2)計(jì)算可知：改進(jìn)后，靜觸頭鉗夾處風(fēng)壓力可減少0.29 kN，導(dǎo)電臂處風(fēng)壓力可減少0.36 kN；將其折算到支柱絕緣子頂端，屏蔽罩改進(jìn)后，合閘時(shí)可降低支柱絕緣子頂部承受的風(fēng)載附加力1.21 kN，降低設(shè)備支架底部承受的風(fēng)載附加力10.9 kN。

圖5為該設(shè)備箱體結(jié)構(gòu)，最大迎風(fēng)面積為0.49 m2，改進(jìn)后的箱體結(jié)構(gòu)如圖6所示，改進(jìn)后最大迎風(fēng)面積可減少0.15 m2。由式(1)、(2)計(jì)算可知：改進(jìn)后，箱體處風(fēng)壓力可減少0.34 kN；將其折算到支柱絕緣子頂端，箱體改進(jìn)后，可降低0.35 kN的支柱絕緣子頂部承受的風(fēng)載附加力，同時(shí)也可降低3.5 kN的設(shè)備支架底部承受的風(fēng)載附加力。

圖5 箱體Fig.5 The box

圖6 改進(jìn)后的箱體Fig.6 Improved box

針對(duì)隔離開關(guān)用的圓柱式及格構(gòu)式2種支架進(jìn)行仿真分析及對(duì)比。對(duì)于支架有以下2種設(shè)計(jì)方案：方案1、圓柱式支架三維模型如圖7所示，圓筒型號(hào)D406×10 mm，支架極限高度4.2 m；方案2、格構(gòu)式支架三維模型如圖8所示，支架極限高度4.2 m，主筋等邊角鋼L80×10 mm，斜拉等邊角鋼L50×5 mm，聯(lián)接螺栓M12。

圖7受損設(shè)備的鋼支架為圓柱式支架，其主要優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)形式、加工制造簡(jiǎn)單，適合高度較小、承重較輕產(chǎn)品；缺點(diǎn)為：支架高度較高、承重產(chǎn)品較重和產(chǎn)品較高時(shí)，整體剛度較低，產(chǎn)品振動(dòng)放大系數(shù)增大，易發(fā)生晃動(dòng)。如采用圖8所示的格構(gòu)式支架，可以減小結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積，提高結(jié)構(gòu)剛度。

圖7 圓柱式支架Fig.7 Cylindricalsupport圖8 格構(gòu)式支架Fig.8 Latticesupport

在ANSYS軟件中建立了鋼支架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型。圖9為劃分網(wǎng)格后的圓筒鋼支架有限元模型，圓筒、加強(qiáng)筋全部采用殼單元，底板和頂板參用六面體單元，計(jì)算模型中全部取為固聯(lián)接觸(綁定接觸)。圖10為劃分網(wǎng)格后的格構(gòu)鋼支架有限元模型，圓筒、加強(qiáng)筋全部采用殼單元，底板和頂板參用六面體單元，計(jì)算模型中全部取為固聯(lián)接觸(綁定接觸)。

圖9 圓筒鋼支架有限元模型Fig.9 Thefiniteelementmodelofcylindricalsupport圖10 格構(gòu)式鋼支架有限元模型Fig.10 Thefiniteelementmodeloflatticesupport

相關(guān)部件力學(xué)參數(shù)見表1。

鋼支架仿真計(jì)算約束設(shè)置包括：根據(jù)設(shè)備安裝形態(tài)，把設(shè)備質(zhì)量等效為質(zhì)量點(diǎn)加載在產(chǎn)品質(zhì)心位置，具體見表2中參數(shù)；計(jì)算時(shí)約束住底架底面，設(shè)備質(zhì)量1 750 kg，設(shè)備接口尺寸400 mm×400 mm，基礎(chǔ)接口尺寸450 mm×450 mm。

鋼支架仿真計(jì)算工況包括設(shè)備及鋼支架自重、極限風(fēng)載荷、額定端子靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷，其中額定端子靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷見DL/T 486—2010規(guī)定，對(duì)于550 kV單柱式隔離開關(guān)，端子水平縱向負(fù)荷4 kN，水平橫向負(fù)荷2 kN，垂直力2 kN。

表1 材料力學(xué)參數(shù)Tab.1 Mechanical parameters of materials

表2 設(shè)備參數(shù)Tab.2 Equipment parameters

鋼支架仿真計(jì)算結(jié)果與分析如下(所有應(yīng)力均不考慮焊縫處、綁定接觸及尖角處的應(yīng)力集中及應(yīng)力奇異)：

a)設(shè)備仿真計(jì)算模態(tài)結(jié)果見表3。

表3 設(shè)備模態(tài)計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of equipment modal

b)方案1圓柱式支架仿真計(jì)算的最大變形如圖11(a)，最大應(yīng)力如圖11(b)；方案2格構(gòu)式支架仿真計(jì)算的最大變形如圖11(c)，最大應(yīng)力如圖11(d)。

c)仿真計(jì)算結(jié)果分析。表4為綜合計(jì)算結(jié)果匯總。由表4可知：2種支架各零部件的應(yīng)力都小于判據(jù)，滿足強(qiáng)度要求；格構(gòu)式鋼支架在各工況條件下變形都小于圓筒鋼支架，格構(gòu)式鋼支架剛度優(yōu)于圓柱式支架，且格構(gòu)式鋼支架質(zhì)量比圓柱鋼支架質(zhì)量小75 kg，支架成本更低，推薦優(yōu)先選用格構(gòu)式支架。

2 解決方案

2.1 絕緣子裝配應(yīng)力解決方案

為解決操作絕緣子與支柱絕緣子高度差產(chǎn)生的裝配應(yīng)力，必需改進(jìn)2個(gè)絕緣子的現(xiàn)有剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，采用柔性安裝技術(shù)，即在與2個(gè)絕緣子上下4個(gè)法蘭中的某個(gè)法蘭聯(lián)接處，設(shè)置柔性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)絕緣子高度方向安裝結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)。該隔離開關(guān)操作絕緣子主要承受扭矩(不承受彎矩)，故可在操作絕緣子上部法蘭聯(lián)接處設(shè)置柔性安裝結(jié)構(gòu)，以解決絕緣子安裝高度調(diào)節(jié)問題。

圖12為操作軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖12中將與操作絕緣子上操作法蘭相連的操作軸軸銷孔設(shè)計(jì)為長(zhǎng)腰形孔柔性傳動(dòng)聯(lián)接結(jié)構(gòu)，安裝操作絕緣子與支柱絕緣子時(shí)，如有高度差，聯(lián)接軸銷可隨操作絕緣子安裝高度的不同，在操作軸腰形孔內(nèi)上下移動(dòng)，從而解決操作絕緣子與支柱絕緣子因高度差帶來(lái)的裝配應(yīng)力問題。

圖11 支架仿真計(jì)算結(jié)果Fig.11 Simulating calculation results of the support

表4 支架計(jì)算結(jié)果匯總
Tab.4 Result summary of steel support

類型支架質(zhì)量/kg一階模態(tài)彎矩/(kN·m)變形量/mm主體應(yīng)力/MPa應(yīng)力(判據(jù))/MPa圓柱式支架4942.4369.010.653.6235格構(gòu)式支架4193.1067.15.9364.8235

圖12 操作軸結(jié)構(gòu)Fig.12 Operating shaft structure

采用這種柔性裝配技術(shù)后，可消除操作絕緣子與支柱絕緣子高度差產(chǎn)生的裝配應(yīng)力，避免支柱瓷絕緣子承受額外的8.1 kN的彎矩力。由以上分析可知，在最大風(fēng)速達(dá)到59.9 m/s的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中，支柱瓷絕緣子頂部承受的附加等效風(fēng)力為7.78 kN，小于支柱瓷絕緣子的破壞彎矩15.625 kN，支柱絕緣子不會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

2.2 結(jié)構(gòu)防風(fēng)措施

考慮到風(fēng)載荷是導(dǎo)致隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子發(fā)生斷裂的根本誘因，在采用柔性安裝技術(shù)消除絕緣子裝配應(yīng)力的同時(shí)，還需要采取以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)防風(fēng)：

a)針對(duì)大的屏蔽罩等零部件，可增設(shè)過風(fēng)孔，減小迎風(fēng)面積。

b)優(yōu)選格構(gòu)式支架，減小迎風(fēng)面積，提高結(jié)構(gòu)剛度。

c)傳統(tǒng)的剪刀式隔離開關(guān)傳動(dòng)箱體結(jié)構(gòu)一般為封閉式箱體結(jié)構(gòu)，箱體迎風(fēng)面積大、質(zhì)量重。可將傳動(dòng)箱體采用敞開式創(chuàng)新設(shè)計(jì)(如圖6)，即：運(yùn)用機(jī)電分離的技術(shù)，將傳動(dòng)箱體設(shè)計(jì)為多個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單零部件裝配而成，導(dǎo)流件與傳動(dòng)件用絕緣件隔開，彈簧、軸承等重要零部件作密封處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)每年都有多起強(qiáng)臺(tái)風(fēng)甚至是超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊沿海地區(qū)，對(duì)于高壓隔離開關(guān)設(shè)備是一個(gè)極大的考驗(yàn)。本文針對(duì)“彩虹”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中550 kV剪刀式隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子發(fā)生斷裂的事故，在已有事故分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)分析、強(qiáng)度計(jì)算，識(shí)別出絕緣子剛性聯(lián)接時(shí)操作絕緣子與支柱絕緣子高度差產(chǎn)生的裝配應(yīng)力，是導(dǎo)致支柱瓷絕緣子出現(xiàn)斷裂的主要原因(故障設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷)，并提出解決方案，即只需將與操作絕緣子聯(lián)接的操作軸改成柔性聯(lián)接，就能減少設(shè)備支柱絕緣子安裝附加彎矩力8.1 kN，進(jìn)一步提升了絕緣子的抗風(fēng)災(zāi)能力；同時(shí)還對(duì)隔離開關(guān)設(shè)備零部件結(jié)構(gòu)、支架結(jié)構(gòu)提出改善設(shè)計(jì)方案，減小了迎風(fēng)面積，降低了風(fēng)載荷對(duì)絕緣子的影響。