提高沈高GW6—550型隔离开关可靠性的研究与应用

张冬

摘 要：沈高GW6-550型隔离开关在均压环与连接底座的装配方面具有通病，长期运行易导致均压环松动等缺陷。本文利用技术改造，有效消除了均压环底部连接松脱的故障点，提高了沈高GW6-550型隔离开关运行的可靠性。

关键词：隔离开关；均压环；静触头

1 选题背景

隔离开关，是变电站高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。

随着近年来新投运变电站的增多、用电负荷的不断增加，隔离开关类缺陷次数也逐年增多，由此造成的送电损失电量也逐年提高，处理该类缺陷造成的人力、物力投入也不断增加。因此，减少隔离开关故障的发生，是提高地区主网供电可靠性的有效途径。

以某超高压供电局为例，500kV隔离开关中沈阳高压开关厂的产品占比较大，经统计达到66%，且沈高的各批次GW6-550型隔离开关结构形式相同，缺陷具有通病。若能提高其结构中薄弱环节的可靠性，对降低缺陷次数将有较大贡献。

2 缺陷分析

对近3年内沈高生产的GW6-550型隔离开关发生过的各类缺陷历史资料进行梳理分析，整理出缺陷情况如表1所示。

由表1可以看出，均压环松动缺陷的累积百分比已达54.5%，占比最大，且缺陷复发率较高，处理缺陷时一般需要停电更换隔离开关静触头相关零件，工作量较大，且均压环安装在近20m高的500kV管母附近，施工时属于高空作业，作业风险较大，且对施工天气要求较高。该缺陷的频繁出现，对人力和物力都是极大的浪费，若得到解决，会大幅提高隔离开关的可靠性。

沈高GW6-550型隔离开关包括：母线抱箍1、底板2、钢芯铝绞线环及上固定座3、静触头4、连接底座5、均压环6等6部分组成。

均壓环底部由均压环固定螺栓5与橡胶缓冲器3连接，橡胶缓冲器3插入连接底座1后由固定螺栓6紧固。也就是说，均压环底部与连接底座是通过橡胶缓冲器的柔性连接。也正是由于这种结构形式，导致了目前均压环松动的缺陷频发。

均压环底部连接采用这种形式的设计初衷，是缓冲运行中均压环由于风力作用等产生摆动时对动静触头产生的冲击。由于在露天环境使用，日晒、雨淋易导致橡胶缓冲器老化失效，其中的金属固定件容易工作一段时间后脱出，使均压环底部螺栓连接失效。同时，由于所示的连接方式，螺栓直接压接在柔软的橡胶上，无法可靠紧固（锁紧力过大，容易将缓冲器金属螺母拉出；锁紧力过小，螺栓容易松脱），且该处连接在工作时承受变载荷，在反复压缩释放缓冲的过程中，螺栓极易松脱，导致均压环底部螺栓脱落的事故。

3 建立模型

通过对均压环结构进行实物测量，结合GW6型隔离开关图纸，对隔离开关静触头进行三维建模，建模及分析使用的是机械产品开发设计软件SolidWorks。

均压环工作环境中，我们以瞬时强风7～8级（风速13.9～20.7m/s），计算时取最恶劣值，风速V=20.7m/s，迎风方向为均压环圆周径向水平单侧受风。使用SolidWorks的流体力学分析模块Flow Simulation对均压环周围施加该风速条件，均压环周边静压变化较为均匀平缓，可以使用常规风阻公示计算均压环所受风力数值。

其中，F代表风阻系数；C代表空气阻力系数（当前空速下雷诺数范围内，圆柱体）式中取C=1；ρ代表当地空气（取正常干燥空气值）ρ=1.29kg/m3；S代表均压环迎风面积S=0.17㎡；V代表当地风速（见上文述）V=20.7m/s。

将数值带入公式得，均压环受风力：F≈47N

对均压环橡胶缓冲器进行静力分析，橡胶缓冲器受压应力：

其中，P代表橡胶堆所承受的垂直方向的载荷，这里取风力P=F=47N（属持续动载荷）。A代表橡胶承压面积，测量橡胶缓冲器内金属嵌件挤压面积为70mm2。由理想使用条件，缓冲器内金属嵌件压缩橡胶，并受持续载荷时的许用应力得出，均压环底部连接橡胶缓冲器的安全系数为1.78，小于2。相对于静触头其他结构的安全系数偏低，容易破损失效。

由上述分析可知，均压环松动为橡胶缓冲器破损以及底部连接螺栓无法可靠紧固的原因造成，故确定该结构为导致均压环底部连接松动的关键要因。

4 改造实施及效果

为彻底消除缓冲器易疲劳破损及连接螺栓易松动的缺陷，拟采用全金属连接的形式，对静触头做出修改。改造原则是通过替换最少的零件，使均压环底部连接更为可靠。运行求解，最大应力为27.3Mpa，出现在均压环底部支架弯角处。材料屈服极限为153Mpa，计算安全系数5.6，裕度较高。故使用原均压环，采用刚性连接设计可行，且安全系数高于预期。该改造方案已成功应用于7座500kV变电站沈高GW6-550型隔离开关17处，改造后目前已稳定运行13个月。

由于该项改造有效消除了均压环底部连接松脱的故障点，由此，应用该改造方案提高设备可靠性后，长期运行将减少大量人力、物力损耗，也可避免大量电费损失。

通过应用该改造方案，消除了设备一项主要故障点，极大提高了设备运行可靠性，有效减少设备维护次数，减少人员高空危险作业次数，减少了应处理缺陷而造成的停电时间，节约了大量人力、物力，使电网运行更加安全可靠。

参考文献

[1]徐小宁.开关电源可靠性设计研究[J].电气传动自动化，2009，31，（3）：27-31.

[2]陈善华.开关电源可靠性设计研究[J].电源技术应用，2000，（11）：560-564.

（作者单位：内蒙古超高压供电局）