提高沈高GW6—550型隔離開關可靠性的研究與應用

張冬

摘 要：沈高GW6-550型隔離開關在均壓環與連接底座的裝配方面具有通病，長期運行易導致均壓環松動等缺陷。本文利用技術改造，有效消除了均壓環底部連接松脫的故障點，提高了沈高GW6-550型隔離開關運行的可靠性。

關鍵詞：隔離開關；均壓環；靜觸頭

1 選題背景

隔離開關，是變電站高壓開關電器中使用最多的一種電器，它本身的工作原理及結構比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設計、建立和安全運行的影響均較大。

隨著近年來新投運變電站的增多、用電負荷的不斷增加，隔離開關類缺陷次數也逐年增多，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，減少隔離開關故障的發生，是提高地區主網供電可靠性的有效途徑。

以某超高壓供電局為例，500kV隔離開關中沈陽高壓開關廠的產品占比較大，經統計達到66%，且沈高的各批次GW6-550型隔離開關結構形式相同，缺陷具有通病。若能提高其結構中薄弱環節的可靠性，對降低缺陷次數將有較大貢獻。

2 缺陷分析

對近3年內沈高生產的GW6-550型隔離開關發生過的各類缺陷歷史資料進行梳理分析，整理出缺陷情況如表1所示。

由表1可以看出，均壓環松動缺陷的累積百分比已達54.5%，占比最大，且缺陷復發率較高，處理缺陷時一般需要停電更換隔離開關靜觸頭相關零件，工作量較大，且均壓環安裝在近20m高的500kV管母附近，施工時屬于高空作業，作業風險較大，且對施工天氣要求較高。該缺陷的頻繁出現，對人力和物力都是極大的浪費，若得到解決，會大幅提高隔離開關的可靠性。

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

均壓環底部由均壓環固定螺栓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，均壓環底部與連接底座是通過橡膠緩沖器的柔性連接。也正是由于這種結構形式，導致了目前均壓環松動的缺陷頻發。

均壓環底部連接采用這種形式的設計初衷，是緩沖運行中均壓環由于風力作用等產生擺動時對動靜觸頭產生的沖擊。由于在露天環境使用，日曬、雨淋易導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間后脫出，使均壓環底部螺栓連接失效。同時，由于所示的連接方式，螺栓直接壓接在柔軟的橡膠上，無法可靠緊固（鎖緊力過大，容易將緩沖器金屬螺母拉出；鎖緊力過小，螺栓容易松脫），且該處連接在工作時承受變載荷，在反復壓縮釋放緩沖的過程中，螺栓極易松脫，導致均壓環底部螺栓脫落的事故。

3 建立模型

通過對均壓環結構進行實物測量，結合GW6型隔離開關圖紙，對隔離開關靜觸頭進行三維建模，建模及分析使用的是機械產品開發設計軟件SolidWorks。

均壓環工作環境中，我們以瞬時強風7～8級（風速13.9～20.7m/s），計算時取最惡劣值，風速V=20.7m/s，迎風方向為均壓環圓周徑向水平單側受風。使用SolidWorks的流體力學分析模塊Flow Simulation對均壓環周圍施加該風速條件，均壓環周邊靜壓變化較為均勻平緩，可以使用常規風阻公示計算均壓環所受風力數值。

其中，F代表風阻系數；C代表空氣阻力系數（當前空速下雷諾數范圍內，圓柱體）式中取C=1；ρ代表當地空氣（取正常干燥空氣值）ρ=1.29kg/m3；S代表均壓環迎風面積S=0.17㎡；V代表當地風速（見上文述）V=20.7m/s。

將數值帶入公式得，均壓環受風力：F≈47N

對均壓環橡膠緩沖器進行靜力分析，橡膠緩沖器受壓應力：

其中，P代表橡膠堆所承受的垂直方向的載荷，這里取風力P=F=47N（屬持續動載荷）。A代表橡膠承壓面積，測量橡膠緩沖器內金屬嵌件擠壓面積為70mm2。由理想使用條件，緩沖器內金屬嵌件壓縮橡膠，并受持續載荷時的許用應力得出，均壓環底部連接橡膠緩沖器的安全系數為1.78，小于2。相對于靜觸頭其他結構的安全系數偏低，容易破損失效。

由上述分析可知，均壓環松動為橡膠緩沖器破損以及底部連接螺栓無法可靠緊固的原因造成，故確定該結構為導致均壓環底部連接松動的關鍵要因。

4 改造實施及效果

為徹底消除緩沖器易疲勞破損及連接螺栓易松動的缺陷，擬采用全金屬連接的形式，對靜觸頭做出修改。改造原則是通過替換最少的零件，使均壓環底部連接更為可靠。運行求解，最大應力為27.3Mpa，出現在均壓環底部支架彎角處。材料屈服極限為153Mpa，計算安全系數5.6，裕度較高。故使用原均壓環，采用剛性連接設計可行，且安全系數高于預期。該改造方案已成功應用于7座500kV變電站沈高GW6-550型隔離開關17處，改造后目前已穩定運行13個月。

由于該項改造有效消除了均壓環底部連接松脫的故障點，由此，應用該改造方案提高設備可靠性后，長期運行將減少大量人力、物力損耗，也可避免大量電費損失。

通過應用該改造方案，消除了設備一項主要故障點，極大提高了設備運行可靠性，有效減少設備維護次數，減少人員高空危險作業次數，減少了應處理缺陷而造成的停電時間，節約了大量人力、物力，使電網運行更加安全可靠。

參考文獻

[1]徐小寧.開關電源可靠性設計研究[J].電氣傳動自動化，2009，31，（3）：27-31.

[2]陳善華.開關電源可靠性設計研究[J].電源技術應用，2000，（11）：560-564.

（作者單位：內蒙古超高壓供電局）