GWG16型隔離開關(guān)傳動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)本體傳動軸套竄動松脫，導(dǎo)致動力傳遞中斷，無法完成分合閘動作。針對這一故障進行分析，得出故障原因，并提出改進方案。

隔離開關(guān)；傳動軸套；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，對變電所和電廠的安全運行影響較大[1-3]。

隔離開關(guān)一般由導(dǎo)電、支撐、傳動部分，以及驅(qū)動機構(gòu)等組成。其中，傳動部分和驅(qū)動機構(gòu)是隔離開關(guān)的動力來源，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)動機構(gòu)與導(dǎo)電部分隔離[7]，通過齒輪進行傳動，如圖1所示。

圖1　隔離開關(guān)示意圖

當齒輪出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致分合閘動作無法完成。如果在分合閘過程中出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致電弧長時間灼傷隔離開關(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)該種型號隔離開關(guān)在接到分合閘操作命令后，隔離開關(guān)機構(gòu)箱與本體連接的傳動軸在高速運動中產(chǎn)生了軸向移動，導(dǎo)致隔離開關(guān)本體傳動軸套松脫，隔離開關(guān)本體不能正常進行動作，進而使操作失效。

筆者通過分析產(chǎn)生軸向移動的原因，提出可行的改進方案，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)，三相機構(gòu)顯示位置不對應(yīng)，B、C兩相在合閘狀態(tài)，A相隔離開關(guān)機構(gòu)顯示在合位，但本體一次機械卻指示在分位。

檢查隔離開關(guān)機構(gòu)箱與本體傳動部件，機構(gòu)箱內(nèi)部電機齒輪傳動軸與本體傳動軸嚙合緊密，沒有發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，因此問題不在此處。

現(xiàn)場將T0522隔離開關(guān)A相的機構(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)的傳動機構(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)本體與傳動機構(gòu)通過中間軸套頭部齒輪和豎直錐齒輪嚙合來實現(xiàn)動力傳遞，如圖3所示。高速運動的機械傳動在齒輪之間產(chǎn)生摩擦力，對摩擦力進行分解，有徑向力、軸向力、周向力[8-10]，如圖4所示。圖4中，n1為主動輪轉(zhuǎn)向，n2為從動輪轉(zhuǎn)向，F(xiàn)r1為主動輪徑向力，F(xiàn)r2為從動輪徑向力，F(xiàn)a1為主動輪軸向力，F(xiàn)a2為從動輪軸向力，F(xiàn)t1為主動輪周向力，F(xiàn)t2為從動輪周向力。由于中間軸套為螺旋式，在電機正反轉(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的作用會使軸套逐漸竄出，進而造成軸套脫落，齒輪失去嚙合。

圖3　動力傳遞示意圖

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，在動力傳遞時由于軸承與軸套不能完全貼合，使軸承除了旋轉(zhuǎn)運動外，還有圓錐擺動運動。如圖5所示，軸承有一個沿著擺動軸心向外的離心力F′。F′的長時間作用，會導(dǎo)致軸套從軸承上脫出，引發(fā)故障。

圖5　軸承受力分析

4　改進方案

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

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點設(shè)計出的特殊墊片如圖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，既可以防止傳動軸套松動，又減小θ，保證設(shè)備的正常運行。

圖7　特殊墊片安裝示意圖

所設(shè)計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，對軸套產(chǎn)生軸向壓力，可以有效防止傳動軸套產(chǎn)生前后竄動。

5　現(xiàn)場實施

根據(jù)所設(shè)計的改進方案，加工出特殊墊片并對所有GWG16型隔離開關(guān)進行改進安裝。

針對GWG16型隔離開關(guān)改進20多組，反復(fù)進行各項試驗，隔離開關(guān)分合閘正常，軸套固定牢固，試驗數(shù)據(jù)合格。現(xiàn)場證實所采用的改進方案徹底解決了隔離開關(guān)傳動部分的設(shè)計缺陷，保障了電力系統(tǒng)的安全可靠運行。

6　結(jié)論

通過對某1000kV變電站GWG16型隔離開關(guān)傳動軸套竄動松脫問題進行研究，由傳動系統(tǒng)受力分析，得出故障原因。設(shè)計了一種特殊墊片，安裝在軸套外側(cè)，對軸套產(chǎn)生軸向壓力，消除了軸套的竄動松脫問題，保障了隔離開關(guān)的可靠分合閘，從而保證了電力系統(tǒng)的正常運行和操作，對同類型同原理設(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[M].北京： 中國電力出版社,2010.

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(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