电力系统高压隔离开关完善化结构设计.doc

电力系统高压隔离开关完善化结构设计1 我国高压隔离开关完善化的必要性高压隔离开关是电力系统中使用量很大的高压开关设备，通常是高压断路器的23倍。据高压开关行业不完全统计，2004年全国高压隔离开关和接地开关的产量为 30.5万余组。目前我国生产隔离开关的企业，粗略统计榜上有名者已逾50家。我国具有制造12800kV高压隔离开关的能力，国内电力系统中使用的高压隔离开关也大部分是国产品，产品的性能和技术参数满足电力系统的要求，为发展我国电力事业建设起了重要作用。建国初期，我国高压隔离开关是从仿制前苏联产品起步。20世纪50年代中期开始自行设计。但当时的起点较低。改革开放之前，了解和接触国外产品不多，与国外交流较少。因此，国产隔离开关在产品外观、制造质量、耐用性及免维护方面，与外国产品相比仍有相当差距。由于高压隔离开关主要的功能是起隔离作用，不开合负载电流和故障电流，而且结构相对简单，技术含量较低，易于制造，因此隔离开关不为制造部门和使用部门所重视。制造部门往往将隔离开关作为一种简易电器进行粗放型生产，对产品设计、选材、加工工艺、组装调试和质量控制等均不够重视，使产品的性能和质量提高很慢。运行部门在高压开关专业管理工作中，往往侧重在断路器等关键设备上，忽视了对高压隔离开关的管理，尤其是运行维护和检修的管理。长期以来，高压隔离开关的检修维护基本处于“不坏不修，坏了再修，修了还坏”的状态，没有统一的和法定的检修工艺规程。单母线系统的隔离开关或母线隔离开关，一经投运就很难停下来。甚至是“终身服役”。由于户外隔离开关是一种完全暴露在大气环境中工作，受环境和气候条件影响最直接和最严重的电器设备，它的运行条件比较恶劣，容易产生机械或电气方面的故障。随着设备老化和用电负荷的增加，由于隔离开关年久失修和某些制造缺陷而引起的停电故障不断发生，而且呈上升趋势，严重威胁着电力系统的安全运行。 在20世纪90年代之前，虽然高压隔离开关早已故障频发质量问题大量存在，但是由于高压少油断路器运行可靠性不高，检修周期短，临时检修频繁，所以高压隔离开关的问题并不显得十分突出。20世纪90年代之后，高压SF6断路器大量使用，断路器的故障率大为降低。此时，高压隔离开关的产品质量和运行管理与电力系统可靠性要求不相适应的矛盾日渐突出，必须尽快改善高压隔离开关的运行状况。2 我国隔离开关完善化工作的开展为了解决长期以来高压隔离开关故障频发而又得不到根本改变的问题，国家电力公司发输电运营部于2001年发出“关于开展高压隔离开关完善化工作的通知”。并于2002年1月成立“高压隔离开关完善化工作组”，十个网省公司与三大制造厂联合行动开展工作。历经两年，“完善化工作组”通过调研和考查，总结了我国电力系统运行中高压隔离开关存在的主要问题，并针对国产九种型号隔离开关(GW4、GW5、GW6、GW7、GWlO、GWll、GWl2、GWl6、GWl7)存在的问题，分别提出了具体的完善化改进方案。西安西电高压开关有限责任公司、河南平高电气股份有限公司、沈阳高压开关有限责任公司(其东厂现改制为沈阳新泰高压电气有限公司)三个制造厂对此次完善化工作高度重视，积极参与，逐项进行研究改进，使隔离开关在设计、材质、工艺、生产条件和质量控制等方面有了较大改进。信息来源:2003年12月，国家电网公司组织召开全国高压开关专责人会议会议对“完善化工作组”提出的高压隔离开关完善化方案和三个厂提供的完善化样机进行了技术审查，认为完善化方案符合实际运行要求，切实可行；完善化样机在外观以及技术性能和可靠性方面均取得了预期效果，可以在电力系统中推广应用。随后国家电网公司下发通知，要求认真落实高压隔离开关完善化方案，各单位要有组织有领导有计划地开展运行中设备的完善化改造工作。力争三年内完成在运不符合要求高压隔离开关的技术改造，以尽快消除隔离开关隐患。从2004年起对新建、扩建和改建工程中选用的高压隔离开关，除应满足国家标准和电力行业标准外，还应满足关于高压隔离开关订货的有关规定(试行)，推动了国内隔离开关制造企业积极开展完善化改进工作。3 常用国产户外高压隔离开关的结构形式户外高压隔离开关的结构形式，主要取决于断口形式和绝缘支柱数目。按断口形式分为垂直断口和水平断口两类，按绝缘子支柱数目，可分为单柱式、双柱式和三柱式。每种结构中按导电闸刀的动作方式，义可细分为平开式、立开式、对折式、偏折式等若干种。我国电力系统中常用国产户外隔离开关的结构形式，对应产品型号及主要特点见表1。 4 隔离开关完善化的几种模式近年来，根据我国电力系统实际运行统计和调查分析。户外高压隔离开关运行中所反映出来的主要问题，仍然是多年来经常出现的四大问题导电回路过热、零部件表面锈蚀、操作失灵和瓷绝缘子断裂。高压隔离开关完善化改进也就是针对这四个方面的问题，从结构设计、材料及元件的选用、制造工艺以及试验检测等方面，采取相应措施加以解决。隔离开关完善化有以下几种模式。4.1 局部改进和加强产品的整体结构布局保持不变，只对某一部分进行改进，并与原产品具有兼容性，即改进部分与原产品可以互换，并且不改变产品的外形尺寸、安装方式及安装基础尺寸。如GW4、GW5、GWl0、GWll、GWl6、GWl7属这种模式。产品型号有的采用原型号，如GWl0、GWll、GWl6、GWl7。有的在原型号设计顺序号数字后添加改进顺序字母标志，如GW4A、GW5A。4.2 结构上进行较大改进产品的结构形式、传动原理、基座及绝缘子等不变，主要是对导电系统进行较大变动和设计改进。产品型号一般在原型号设计顺序号数字后添加改进顺序字母标志，如GW6型完善化后称为GW6A型；也有的申请新型号，如GWl2型完善化后定为GW34型。 信息来源:4.3 全新设计对产品的导电系统、传动方式、基座及操动机构等进行全新设计。一般申请冠以新型号，如平高公司、沈阳新泰公司、沈阳高东公司的GW7型完善化产品分别定为GW27、GW33、GW413型，平高的GW4-126型完善化产品定为GW31-126型。但也有例外，西开公司的GW4-252、GW7-252型的完善化新设计则称为GW4A-252、GW7A-252型。5 完善化隔离开关简介5.1 局部改进类5.1.1 GW4、GW5型完善化改进内容(1)触头改进触指末端与触座之间增加软连接，使触指末端的滑动接触改为固定接触，提高导电可靠性。触指弹簧改为外置式，或者将内置式弹簧采取绝缘措施，以避免弹簧分流。采用新的触头结构，将触片一端与触座固定，另一端内弯成喇叭口，靠触片变形及弹簧产生接触压力。(2)GW4接线座由滚轮式滑动接触改为软连接。与GW5相同。(3)轴承支座改为密封结构防止雨水潮气侵入及润滑脂流失；轴承内填满二硫化钼锂基脂，防止滚珠轴承生锈。(4)CW5的机械联锁设置于支柱绝缘子下部，主刀与地刀联锁比较直接可靠，取消传动箱，简化结构。(5)采取一系列防腐措施。将传动部件的销轴改为不锈钢，轴套改为复合自润滑轴套，底座采用热镀锌处理，轴承支座由铸钢改为锅合金铸件等。 (6)将相问连杆及垂直连杆改为装配式，现场安装不用切焊。 信息来源:信息请登陆:输配电设备网5.1.2 GWl6、GWl7型完善化改进内容(1)消除导电过热方面针对静触杆两端发热问题，改变了静触杆两端与钢芯铝绞线的联接方式，加大其接触面积。取消铜铝接触处的铜铝双金属板，采用进口设备镀银或镀锡因原用铜铝双金属板运行几年后出现过热现象。修订相关图纸，解决个别产品动触片对静触杆夹紧力不够或虚接现象。(2)消除分合不到位方面在下导电管内拉杆下端增加一套调整装置，使合闸时导电管方便调直。改变下导电管内部操作杆的材质，使其与导电管材料热膨胀系数相近，消除因温度变化出现的分合闸不到位现象。将操作绝缘子支座由法兰与传动轴用弹性圆柱销联接改为整体精铸件，克服了原结构因弹性圆柱销受力大，可能产生间隙或断裂问题。将三极联动拐臂与轴联接的月牙键改为圆头平键。水平连杆及垂直连杆改用U形螺栓联接，可实现无级调角，现场不用配焊。(3)提高防锈性能方面外露的传动轴销材料全部改为不锈钢；外露的电镀锌件改为热镀锌、渗锌处理；外露标准件采用不锈钢件或渗锌，开口销全部换成不锈钢件：黄铜轴套全部更换为尼龙轴套或复合轴套：在弹性圆柱销两端采用密封防护。 铝导电管及铝铸件外表面钝化后，再刷丙烯酸聚氨酯银粉漆，提高防腐能力。接地刀框架由焊件改为铸铝件，改善外观及提高防腐能力。针对上导电管进水而导致夹紧弹簧、复位弹簧及顶杆、接管锈蚀问题，首先改变铸件内部结构，使雨水和潮气不能进入导电管内，再将顶杆、接管改为不锈钢材质，并且在装配夹紧弹簧、复位弹簧时涂满二硫化钼锂基脂。下导电管所有传动件及齿轮齿条等部位，涂满二硫化钼锂基脂。(4)提高工作可靠性方面将上导电管下端顶压脱扣装置的绝缘滚轮改为不锈钢滚轮，并设置防止分流的绝缘件。重新设计夹紧弹簧，避免弹簧产生永久变形。将夹紧弹簧两端的6弹性圆柱销改为7不锈钢实心销。将罩、波纹管、缓冲垫等外露橡胶件的材料改为硅橡胶，延长其使用寿命。5.1.3 GWl0、GWll型完善化改进内容(1)导电管连接处涂防水胶，防止导电管进水。(2)在下导电管内齿条拉杆上增加一套调节装置，解决合闸时导电管不成直线的问题。(3)在导电闸刀连轴节处拐臂中的导向孔复合轴套两端加装钢丝挡圈，防止轴套轴向窜动。(4)连轴节处齿轮盒内齿条下方支持轴改为不锈钢，并在支持轴两端增加带密封盖的滚针轴承，使传动平稳减少操作力，避免支持轴磨损。 信息来源:(5)导电接触盘材料更换为PBT材料，解决导电接触盘发生脆裂问题。(6)上下导电管及均匀环内外表面均进行硬质阳极氧化处理并涂漆。5.2 较大改进类5.2.1 GW6-252型的改进GW6A-252型是由GW6-252型改进而成。保留了产品原有的众多特点，又增加了以下特点：(1)导电闸刀移到传动箱外侧，将传动箱实现封闭，使传动箱内的传动元件免受雨雪侵蚀和大气污染，避免生锈腐蚀，同时可防止鸟类作窝(图1)。 信息来源:(2)改善平衡弹簧特性，更好地平衡闸刀的重力，并可进行调节，做到合闸后能增加触头接触压力，分闸后闸刀可靠停留在终点位置。(3)改善操作绝缘子的受力情况。由于平衡弹簧的改进，降低操作绝缘子的承受力。同时操作绝缘子上端主拐臂轴采用双轴承和万向联接，使操作绝缘子顶部不再受到操作中出现的额外弯矩。(4)操作绝缘子的抗扭强度由1.5kNm提高到2kNm。(5)采取一系列提高防腐性能的措施，如铝合金导电管表面经阳极氧化后再涂丙烯酸聚氨酯银粉漆，所有传动销轴采用不锈钢，轴套采用不锈钢或复合自润滑轴套。底座采用热镀锌处理，轴承座采用密封结构。标准件采用不锈钢或渗锌处理。电动机构箱体采用不锈钢外壳或钢外壳喷锌80m后再涂丙烯酸聚氨酯银粉漆封闭等。(6)水平连杆及垂直连杆采用装配式，现场不必切焊。5.2.2 GWl2-252型的改进原GWl2-252型为双导电闸刀结构，每把闸刀的后导电管还设有一根副管放置平衡弹簧，结构繁琐。GW34-252型是由GWl2-252型改进主导电系统而成。改进型特点如下：(1)改进后为单导电闸刀，前后各一根导电管，前后导电管采用四连杆传动，导电关节采用导电带联接，结构简单，外观简洁，安装调整及维护检修方便(图2)。 信息来自:(2)静触头为外压弹簧式结构，消除弹簧分流现象。合闸时动触头逐对顶开触指，大大降低合闸时动、静触头间的摩擦力，消除合闸时瓷绝缘子晃动现象。(3)采取多项措施提高防腐性能，同GW6A-252型，见5.2.1(5)(6)。5.3 全新设计类5.3.1 GW4-252型的完善化设计GW4A-252型为西开公司GW4-252型的完善化产品，其整个导电系统及底座做了全新设计，其外形见图3。信息来自: (1)导电回路的特点整个导电回路除断口为滑动接触外，其余导体间均采用固定联接，如出线端、触指与导电杆之间均为软连接固定联结，接触电阻小，结构简单，工作可靠。导电杆采用铝合金方管制成，重量轻，强度高，散热面积大，防腐性能好。触指弹簧用优质不锈钢制成，且为外压式，避免弹簧分流。触头采用铜板弯成，与导电杆联结面积大，分合过程中触头与触指摩擦行程短，操作力小(图4)。信息来自:输配电设备网 信息来自:输配电设备网出线端及触头部分设置屏蔽环，改善电场分布，降低无线电干扰水平。接地开关的重力平衡采用平衡锤。(2)底座结构特点底座采用矩形钢管与弯板、圆管等焊接面成，表面采用热镀锌处理，强度高、刚性好、防腐能力强。轴承座与底座焊成一体，内部采用高强度向心滚珠轴承，能承受较大的径向负荷，稳定性好；轴承上端采用聚四氟乙烯密封圈，能有效防止灰尘及潮气进入轴承内腔：轴承润滑采用二硫化钼锂基脂，润滑性能稳定。所有转动部位均采用优质不锈钢轴与复合轴套，防腐能力强，转动阻力小，配合间隙小，传动可靠。传动部件、标准件等采用不锈钢或钢质表面热镀锌处理，防腐能力强。瓷绝缘子支柱高度和垂直度，可以通过调节螺栓调节，安装方便简单。(3)CJ6改进型电动操动机构的特点箱体采用不锈钢板铆接结构，无需焊接，结构紧凑、体积小、外形美观、防腐能力强，具有良好的防水、防尘性能。齿轮及蜗轮蜗杆减速机构整体封闭。具有联锁单元，可同时满足多种联锁功能。该机构通用性好，可满足该公司所有隔离开关及接地开关操作要求。 二次元件均采用国内名优企业或合资企业的优质产品。5.3.2 GW4-126型的完善化设计GW3l-126型是平高公司GW4-126型的完善化改进型产品。整个导电系统做了全新设计，其外形见图5。其特点如下：信息请登陆:输配电设备网 信息来自:输配电设备网(1)主导电回路和接地开关均采用自力式触头。触指由特殊铜合金圆棒制成，取消触头弹簧，结构简单。(2)导电杆由铝合金管制成，触指与导电杆采用固定连接，导电可靠。(3)合闸时棒形触指滑进鼓形触座中，依靠触指的弹性变性，使触指与触座之间产生压紧力，运行中触头压力始终不变，不需要检查和调整，自清扫能力好；通过短路电流时，自动增加触头接触压力。(4)接线端与导电杆的通流靠铜编织线，接线端子可自由旋转90，以确保母线与接线端子的连接。接线座密封良好。密封接线座及自力式触指见图6。信息来自:输配电设备网 信息请登陆:输配电设备网(5)支柱绝缘子下轴承座采用全密封结构，防止雨水、潮气、灰尘进入及润滑脂流失，轴承润滑采用高滴点不干枯的二硫化钼锂基脂。(6)所有外露销轴采用不锈钢材质，选用耐腐蚀的复合轴套和塑料轴套；外露结构件采用热镀锌或渗锌处理：标准件采用渗锌或不锈钢材质，导电部位标准件采用优质不锈钢件，全部采用不锈钢开口销。5.3.3 GW7-252型的完善化设计西开、平高、新泰等公司生产的GW7-252型的结构基本相同，其主导电杆为紫铜管，在水平摆动到接近合闸位置时，带动两端静触头回转约45而实现合闸。存在着操作不灵活、分合闸不到位以及操作中绝缘瓷柱受力大等缺点。GW7-252的完善化改进型，计有平高的GW27-252型。西开的GW7A-252型，新泰的GW33-252型等。完善化产品都是将主导电系统进行了全新设计，主导电管为铝合金管，分合闸过程两步动作水平转动及自转45。现选取沈阳高东高压开关产品有限公司新开发的GW43-252型(图7)，说明其结构特点。 信息来源: (1)导电回路的特点主导电管为紫铜管，导电性及耐腐性好，经久耐用。两端动触头为装配式，能伸缩调节，更换也方便。导电管具有两步动作。合闸时导电管先在水平面上转动约70，当两端动触头进入静触座被挡住后，翻转机构带动导电管自转约55，动触头即与触指可靠接触。操作力小，对固定绝缘子没有冲击力。主触头具有自清扫和破冰能力。试验证明，产品破冰性能良好。自转55更利于破冰。整个导电回路只有两处滑动接触。静触头中的触指其一端固定在触座上，形成固定的导电通路，另一端通过弹簧及触指自身弹力将压力施加于动触头，形成可靠接触。短路电流通过时，自动增加触头夹紧力。外压式触头弹簧为不锈钢材质，并有绝缘座，防止弹簧分流及避免腐蚀(图8)。 信息请登陆:输配电设备网 信息请登陆:输配电设备网静触头上设有钩板，合闸后锁住动触头，即使在强风、振动、电动力的作用下，触头也不会脱开。引弧触指使隔离开关具有良好的开合母线转换电流及开合电容、电感小电流的性能。导电闸刀翻转机构为封闭式，防雨防尘防腐蚀。接地开关采用新型两步动作结构，合闸动作准确。无须绝缘导板。传动臂等机件及平衡弹簧安装在圆鼓状机座内，结构紧凑，传动件为铝合金铸件，防腐性能好。(2)底座结构的特点底座采用矩形钢管与弯板焊接而成，表面经热镀锌处理，强度高、刚性好、防腐性能强。两端支柱绝缘子及中间转动绝缘子均有调节螺栓，其高度及垂直度调整方便。中间转动绝缘子轴承座采用全密封结构，防止潮气、灰尘进入及润滑脂流失，转动持久灵活。主闸刀主极传动系统在底座上面，便于安装调整。三极联动采用双杆驱动，分、合闸运动平稳可靠。所有传动销轴采用不锈