新一代GIS工程化應(yīng)用技術(shù)研究

［關(guān)鍵詞］GIS ；工程化應(yīng)用；批試；研究

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM595 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0022–03

1背景概述

目前，高壓行業(yè)開(kāi)關(guān)制造商之間競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，客戶對(duì)高壓開(kāi)關(guān)產(chǎn)品各方面的要求越來(lái)越高，需提高產(chǎn)品的技術(shù)水平，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，縮小產(chǎn)品尺寸，增加其設(shè)計(jì)靈活性，因此，推出新一代GIS產(chǎn)品將是提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。

通過(guò)對(duì)新一代GIS產(chǎn)品開(kāi)展工程化技術(shù)研究，對(duì)批試過(guò)程中零部件生產(chǎn)、制造、安裝過(guò)程進(jìn)行工藝合理性驗(yàn)證；對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行加嚴(yán)絕緣試驗(yàn)和加嚴(yán)操作試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性。在樣試工藝文件及工裝基礎(chǔ)上，補(bǔ)充及完善工藝文件及工裝，滿足工程量產(chǎn)需求。

2重難點(diǎn)分析

對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)等裝配工藝進(jìn)行評(píng)估，全面梳理產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裝配難易程度。

面對(duì)新一代GIS裝配精度要求高和異物控制要求嚴(yán)的現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)評(píng)估分析，投制50余種工裝，極大地提高裝配效率和裝配質(zhì)量。

2.1線型隔離接地開(kāi)關(guān)對(duì)中難

受線型隔離接地開(kāi)關(guān)的接地靜端裝配設(shè)在隔離動(dòng)端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜端、接地開(kāi)關(guān)動(dòng)靜端對(duì)中需要同時(shí)進(jìn)行，且要同時(shí)保證兩者的對(duì)中尺寸要求。由于對(duì)中間隙在筒體內(nèi)部進(jìn)行，不便控制和觀察，因此需要設(shè)計(jì)一種可視化對(duì)中工裝，以方便、快速測(cè)量和調(diào)整對(duì)中間隙。

新型隔離接地開(kāi)關(guān)可視化對(duì)中工裝，先將隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜端、接地開(kāi)關(guān)動(dòng)端在筒體外按設(shè)定好的軌道進(jìn)行對(duì)中，對(duì)中調(diào)節(jié)合格后，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜端、接地開(kāi)關(guān)動(dòng)端只能沿軌道前進(jìn)或后退，上下左右方向不能移動(dòng)。接著用小車(chē)將筒體推送到預(yù)設(shè)筒體位置，再將對(duì)中好的隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜端、接地開(kāi)關(guān)動(dòng)端沿軌道與筒體對(duì)接，對(duì)接完成后直接進(jìn)行下道工序，無(wú)需再進(jìn)行內(nèi)部對(duì)中。新型隔離接地開(kāi)關(guān)可視化對(duì)中工裝操作方便、穩(wěn)定可靠，極大地提高了新產(chǎn)品的裝配質(zhì)量與效率，為后續(xù)大批量隔離接地開(kāi)關(guān)的組裝提供了有利的保障。

2.2斷路器滅弧室吊裝空間小

新一代GIS采用小型化、輕量化的設(shè)計(jì)理念，產(chǎn)品整體尺寸減小，結(jié)構(gòu)緊湊。滅弧室長(zhǎng)度長(zhǎng)，與筒體內(nèi)壁之間的間隙小，若采用原有懸臂式滅弧室吊裝工裝存在磕碰劃傷滅弧室的風(fēng)險(xiǎn)，而且懸臂式滅弧室吊裝工裝笨重，不易操作。

針對(duì)以上裝配難點(diǎn)，研發(fā)設(shè)計(jì)出滑道式斷路器吊裝工裝。軌道裝配工裝先與筒體連接固定，將軌道推進(jìn)筒體內(nèi)部，再將滅弧室吊裝至軌道工裝滑塊上，通過(guò)推動(dòng)滑塊，將滅弧室滑至筒體內(nèi)部，然后從筒體中心上拔口將滅弧室吊起，拉出軌道，最后將滅弧室落在絕緣支撐筒上，完成裝配。相比懸臂式滅弧室吊裝工裝，滑道式斷路器吊裝工裝消除了過(guò)長(zhǎng)懸臂容易開(kāi)裂的隱患，保證安全性能的同時(shí)，提高了裝配效率。懸臂式滅弧室吊裝工裝如圖1所示。滑道式斷路器吊裝工裝如圖2所示。

2.3零部件空間存放利用率低

車(chē)間現(xiàn)有大多數(shù)零部件配餐采用的是塑料托盤(pán)的轉(zhuǎn)運(yùn)方法，單層塑料托盤(pán)占地面積大，存放零部件少，車(chē)間空間利用率低。塑料托盤(pán)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程需要借助叉車(chē)，由于散放的零部件沒(méi)有固定，在叉車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程易因震動(dòng)而磕碰零部件。

新一代GIS產(chǎn)品，綜合考慮生產(chǎn)節(jié)拍、物流路線、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)等，形成一套完整的工藝布局。在新的布局中，設(shè)計(jì)定制化零部件線棒車(chē)，根據(jù)當(dāng)天裝配任務(wù)進(jìn)行配餐。線棒車(chē)多為雙層或3層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同工位設(shè)計(jì)不同的線棒車(chē)，一般1個(gè)工位配備1個(gè)多層的線棒車(chē)即能滿足工位的裝配需要。此種線棒車(chē)采用裝卡式框架結(jié)構(gòu)，在框架上固定托盤(pán)，每個(gè)托盤(pán)可根據(jù)零部件形狀定制化設(shè)計(jì)。多層設(shè)計(jì)的線棒車(chē)，極大地提高了車(chē)間的空間利用率，降低了零部件磕碰劃傷的風(fēng)險(xiǎn)，更有利于后續(xù)產(chǎn)品工位制布局裝配。新型定制化線棒車(chē)如圖3所示。

3主要工作思路和技術(shù)路線

（1）分析裝配難點(diǎn)，設(shè)計(jì)投制隔離開(kāi)關(guān)對(duì)中工裝、滅弧室吊裝工裝和轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)。

（2）投制斷路器、隔離接地開(kāi)關(guān)和快速接地開(kāi)關(guān)，進(jìn)行裝配、試驗(yàn)。

（3）針對(duì)裝配、試驗(yàn)過(guò)程中暴露出的問(wèn)題投制改進(jìn)后的零部件，對(duì)新結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。

（4）進(jìn)行加嚴(yán)絕緣試驗(yàn)、加嚴(yán)操作試驗(yàn)和顛簸試驗(yàn)。

4主要研究?jī)?nèi)容

4.1開(kāi)展新一代GIS批試驗(yàn)證

（1）批試內(nèi)容。投制三相斷路器、12型隔離接地開(kāi)關(guān)、三相快速接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行批試。對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中的零部件加工工藝、裝配工藝、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)等進(jìn)行全面的驗(yàn)證。

（2）加嚴(yán)絕緣試驗(yàn)。對(duì)斷路器、隔離接地開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)按1.1倍的絕緣裕度進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)、工頻耐受試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)。

（3）加嚴(yán)操作試驗(yàn)。對(duì)斷路器、隔離接地開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行10000次操作試驗(yàn)。

（4）顛簸試驗(yàn)。在斷路器上裝配電子三維沖撞儀，在顛簸路段進(jìn)行2000km的顛簸測(cè)試。顛簸試驗(yàn)結(jié)束后，復(fù)測(cè)斷路器的機(jī)械特性，并對(duì)斷路器進(jìn)行解體檢查，觀察筒體內(nèi)部有無(wú)異物產(chǎn)生。

4.2工程化應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）筒體及導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程化布置需求，新設(shè)計(jì)1種三通結(jié)構(gòu)、2種轉(zhuǎn)彎兩通結(jié)構(gòu)、1種T型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和3種L型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

（2）伸縮節(jié)。根據(jù)工程化布置需求，新設(shè)計(jì)1種安裝波紋管、1種熱伸縮波紋管、1種力平衡波紋管和兩種組合力平衡波紋管。

（3）組合力平衡結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程化布置需求，設(shè)計(jì)出1種組合力平衡結(jié)構(gòu)和1種端頭支撐結(jié)構(gòu)。

（4）電站標(biāo)準(zhǔn)模塊。設(shè)計(jì)出HGIS及GIS標(biāo)準(zhǔn)電站布置，以縮短電站設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)正確率。

（5）標(biāo)準(zhǔn)包裝運(yùn)輸圖紙。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)合理的標(biāo)準(zhǔn)包裝運(yùn)輸圖紙。

（6）工藝文件及工裝。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，結(jié)合公司工藝、質(zhì)量要求，編制WSS體系圖6份，編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)6套，投制工裝50余種。

5批試中遇到的問(wèn)題

5.1隔離開(kāi)關(guān)弧觸頭磨損問(wèn)題

（1）問(wèn)題描述。隔離接地開(kāi)關(guān)在進(jìn)行200次操作試驗(yàn)后進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)隔離動(dòng)、靜弧觸頭磨損嚴(yán)重，表面有明顯的溝壑。

（2）原因分析。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)圖紙要求弧觸頭頭部棱角為R1圓滑過(guò)渡，廠家對(duì)弧觸頭端部圓周幾乎未倒角，且與其他類(lèi)似產(chǎn)品對(duì)比，新一代隔離靜端弧觸頭彈性形變最小。隔離靜端弧觸頭未倒角且彈性形變小導(dǎo)致弧觸頭分合閘過(guò)程中產(chǎn)生磨損。

（3）解決措施。①返修樣機(jī)弧觸頭端部外圓倒角；②升版弧觸頭圖紙；③投制動(dòng)、靜弧觸頭對(duì)中工裝，保證動(dòng)、靜弧觸頭裝配完成后的對(duì)中；④升版裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，動(dòng)靜弧觸頭裝配完成后增加對(duì)中檢查。

（4）驗(yàn)證效果。改進(jìn)效果良好。隔離開(kāi)關(guān)200次操作后解體檢查，動(dòng)觸頭、靜弧觸頭未發(fā)生磨損。

5.2快速接地開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭斷裂問(wèn)題

（1）問(wèn)題描述?？焖俳拥亻_(kāi)關(guān)壽命樣機(jī)在進(jìn)行到4000次操作試驗(yàn)時(shí)，動(dòng)弧觸頭與桿之間焊縫斷裂，動(dòng)弧觸頭觸指共6瓣，斷裂3瓣。

（2）原因分析。①經(jīng)測(cè)量，斷裂部位焊縫有效深度僅約2mm，而圖紙要求焊縫深度3mm，該焊縫經(jīng)機(jī)加打磨后有效深度降低，致使焊縫強(qiáng)度不合格，從而導(dǎo)致動(dòng)弧觸頭與桿之間焊縫斷裂；②與其他類(lèi)似產(chǎn)品快速接地開(kāi)關(guān)導(dǎo)向座結(jié)構(gòu)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新一代快速接地開(kāi)關(guān)兩道導(dǎo)向環(huán)間距偏小，導(dǎo)向效果不佳。

（3）解決措施。①更改動(dòng)觸頭、靜弧觸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將觸瓣設(shè)在靜弧觸頭位置；②改進(jìn)動(dòng)觸頭觸座導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，更改導(dǎo)向環(huán)材質(zhì)，增大導(dǎo)向環(huán)寬度，增大兩道導(dǎo)向環(huán)間距，提高快速接地開(kāi)關(guān)傳動(dòng)的對(duì)中效果。

（4）驗(yàn)證效果。改進(jìn)效果良好。通過(guò)對(duì)改進(jìn)后的動(dòng)觸頭、靜弧觸頭進(jìn)行10000次壽命試驗(yàn)驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)異常。

5.3斷路器電阻磨損問(wèn)題

（1）問(wèn)題描述。斷路器在進(jìn)行操作試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)筒體底部電阻裝配正下方有較多的電阻粉末。

（2）原因分析。經(jīng)化學(xué)成分分析，此粉末為斷路器電阻與內(nèi)絕緣桿磨擦產(chǎn)生，電阻外側(cè)無(wú)電阻保護(hù)套防護(hù)，摩擦異物掉落在筒體內(nèi)部。

（3）解決措施。①改進(jìn)電阻絕緣拉桿與電阻的配合形式，由原來(lái)扁棒式配合改為圓棒式配合，使斷路器分合閘的過(guò)程中絕緣棒和電阻之間的受力更加均勻，減少絕緣棒和電阻之間的磨損；②在電阻外側(cè)增加電阻保護(hù)套，即使電阻與絕緣棒之間有輕微磨損，也能夠防止磨損異物掉入筒體內(nèi)部，以避免影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）驗(yàn)證效果。改進(jìn)效果良好。斷路器操作3000次后，對(duì)電阻裝配解體檢查，發(fā)現(xiàn)只有極少量電阻粉末。

5.4斷路器絕緣支柱螺栓松動(dòng)問(wèn)題

（1）問(wèn)題描述。斷路器壽命樣機(jī)操作至3000次時(shí)，非機(jī)構(gòu)側(cè)絕緣支柱下方螺栓松動(dòng)，支撐座掉落，機(jī)構(gòu)側(cè)螺栓未松動(dòng)。將絕緣支柱鋼絲螺套加長(zhǎng)后，操作至6000次時(shí)，非機(jī)構(gòu)側(cè)絕緣支柱上方螺栓發(fā)生松動(dòng)。

（2）原因分析。①因?yàn)榻^緣支柱內(nèi)部鋼絲螺套比圖紙要求值短，螺栓擰入深度變小，從而使絕緣支柱與支撐座結(jié)合力變??；②絕緣支柱固定螺栓為M10螺栓，有效螺紋連接長(zhǎng)度約為30mm，緊固力矩不夠。

（3）解決措施。升版圖紙，將絕緣支柱和連接座的連接螺栓由M10改為M12，增大柱式絕緣子與連接座的結(jié)合力。

（4）驗(yàn)證效果。改進(jìn)效果良好。斷路器操作10000次后，對(duì)斷路器進(jìn)行解體檢查，絕緣支柱上下螺栓均未發(fā)生松動(dòng)。

5.5斷路器密封桿斷裂問(wèn)題

（1）問(wèn)題描述。斷路器壽命樣機(jī)進(jìn)行3000次操作后，在拍特性試驗(yàn)過(guò)程中，拐臂盒內(nèi)與機(jī)構(gòu)連接的密封桿端部發(fā)生斷裂。

（2）原因分析。通過(guò)對(duì)斷裂密封桿進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：①密封桿抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、材料成分和硬度均符合要求；②從密封桿斷裂面的形貌上判斷，斷裂面存在空洞缺陷，可能是熱處理不良所致；③通過(guò)仿真計(jì)算，分合閘操作工況下密封桿接頭連接部位受力較大，設(shè)計(jì)裕度較小。

（3）解決措施。將斷路器密封桿材質(zhì)由7075鋁材改為圓鋼30CrNi3。

（4）驗(yàn)證效果。改進(jìn)效果良好。斷路器操作10000次，密封桿無(wú)異常。

6主要技術(shù)成果

（1）端頭力平衡支撐的計(jì)算。端頭力平衡支撐位于串內(nèi)與分支母線交匯處，因分支母線中心高度高、長(zhǎng)度長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生巨大的盲板力，對(duì)端頭力平衡支撐的強(qiáng)度要求苛刻，需進(jìn)行受力仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果形成了《新一代GIS端頭力平衡支撐計(jì)算報(bào)告》。

（2）開(kāi)發(fā)出全系列的伸縮節(jié)。開(kāi)發(fā)出新一代GIS全系列的伸縮節(jié)，包含安裝波紋管、熱伸縮波紋管、組合力平衡波紋管和端頭力平衡波紋管，并取得伸縮節(jié)型式試驗(yàn)報(bào)告。

7結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章研究，完成了斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)的加嚴(yán)操作試驗(yàn)、加嚴(yán)絕緣試驗(yàn)和顛簸試驗(yàn)，完善了車(chē)間的裝配工裝、WSS體系圖和裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，取得了波紋管、三通筒體等元件的型式試驗(yàn)報(bào)告，完成了HGIS和GIS標(biāo)準(zhǔn)化間隔模塊設(shè)計(jì)，為新一代GIS批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。新一代GIS產(chǎn)品工程化應(yīng)用技術(shù)研究，提升了開(kāi)關(guān)設(shè)備的產(chǎn)品性能，降低了產(chǎn)品成本，提升了企業(yè)開(kāi)關(guān)設(shè)備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。