調試誤差對GW4型隔離開關產品性能的影響

李宇鵬，王占杰，孫玉洲，馬永旭，夏立國

（河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山 467001）

調試誤差對GW4型隔離開關產品性能的影響

李宇鵬，王占杰，孫玉洲，馬永旭，夏立國

（河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山 467001）

針對GW4型隔離開關現場反饋的發熱、操作力大等問題，從誤差分析入手，指出零部件的加工偏差造成的隔離開關產品與理論設計之間的差異，是運行中產品性能下降的重要原因，并從產品調試方面給出了改進意見。

隔離開關調試方法；通流能力；調試誤差

0 引言

GW4型隔離開關產品是一種雙柱水平旋轉式隔離開關，由于結構相對簡單，操作調整容易，在220 kV及以下電壓等級的產品中一直占有較大的市場份額。雖然經過了制造廠家的完善化設計，但現場仍有導電回路容易過熱，操作力過大等缺陷發生。文獻[1]從產品分合閘軌跡優化方面，文獻[2-4]從觸頭結構等方面提出了具體的解決辦法。本文從隔離開關調試方法著手，分析調試方法對隔離開關產品的性能影響，希望能為現場產品的穩定運行提供一些參考意見。

1 GW4型隔離開關產品簡介

圖1 GW4型隔離開關產品外型圖（三相機械聯動）

GW4型隔離開關為水平雙柱旋轉式隔離開關（圖1），結構形式多為三極機械聯動。由底座、支柱絕緣瓷瓶、導電部分和操動機構組成。每極由兩個支柱絕緣瓷瓶、導電部分和操作機構組成。每極由兩個支柱絕緣瓷瓶相互平行的安裝在兩端軸承座上，由交叉連桿連接且與基座垂直。主導電部分安裝在絕緣瓷瓶上方，與其一起運動。其動作原理為，操作極一側絕緣子由操動機構帶動，繞其轉軸旋轉90°，通過三極水平連桿傳動至其他級同側絕緣子；各級另一側絕緣子借助于交叉連桿反向旋轉90°，兩側導電部分同時合攏或向一側分開，從而實現隔離開關產品的合閘或分閘運動[1,3-4]。

隔離開關能否正確分合閘主要取決于底座裝配上的交叉四連桿，兩側導電管等尺寸是否配合良好。交叉四連桿的作用是保證產品從分閘到合閘過程中兩側絕緣子旋轉90度，導電部分的長短則決定著兩側觸頭開始接觸的位置。

交叉四連桿機構運動（合閘位置）原理如圖2所示，主動拐臂長度為r1，被動拐臂長度為r2。設r1轉動任意角度B1后，與水平線的夾角由α1的變為α5，則r2轉過的角度為B2，與水平線的夾角由α2變為α6。其關系式可表示如下：

式中

隔離開關由合閘轉至分閘時，主、被動拐臂轉過的角度B1=B2=90°，代入式（1），化簡后得

當r1=r2=r，α4=α1=α時，式（2）恒成立，而與兩絕緣子間的距離無關。因此，在工程應用中各生產廠家根據結構及絕緣等級的需要確定出不同的交叉四連桿尺寸，并優化各自的導電管長度。

圖2 交叉四連桿原理示意圖

2 GW4型隔離開關軌跡偏差分

雖然各生產廠家的產品設計尺寸均能滿足合閘后可靠接觸的要求，但由于加工、裝配過程的誤差，主動拐臂轉過角度B1時，被動拐臂B2會與設計計算角度產生偏差，可能會出現觸指單邊接觸，導致產品的性能下降、操作力變大等缺餡。被動絕緣子旋轉誤差估算如下所述。

（1）計算出被動絕緣子轉過的角度B2式（1）簡化變形，并令函數

式中，α2=α4-90°，α5=α1+B1，α6=α2-B2，r1= r2=r，α4=α1=α。

（2）被動絕緣子轉過角度B2時的偏差

表1 線性尺寸的極限偏差數值

表2 角度尺寸的極限偏差數值

由于上述尺寸均通過獨立加工而成，在進行誤差分析進將其單獨的變量來考慮。由式（1）可以可以求出B2對α1、α4，x0，r1、r2的偏導數，進而求出B2的微分，從表1、表2[5]中選取相應的公差，估算出B2的偏差，求出觸頭接觸點與原有軌跡的偏差Δs（零部件的結構尺寸圖3）。

式中

FB2=-(r1r2sin(a5-a6)+x0r2sina6

Fa1=r1r2(sin(a6-a5)-sin(a2-a1))+x0r1(sina1-sina5)

Fa2=r1r2(sin(a5-a6)-sin(a1-a2))+x0r2(sina6-sina2)

Fr1=r2(cos(a5-a6)-cos(a1-a2))-x0(cosa1-cosa5)

Fr2=r1(cos(a5-a6)-cos(a1-a2))-x0(cosa6-cosa2)

Fx0=-r2cosa6-r1cosa1-r2cosa2-r1cosa5)

3 GW4型隔離開關裝配調試方法

目前GW4型隔離開關的調試單極裝配主要要求分閘位置時，兩側導電管相互平行，合閘時在觸指的圓弧部分開始始接觸（圖3），沒有定量的指明具體要求，零部件加工引起的偏差得不到有效的修正，將直接影響設備的安全運行。下面以具體實例說明。

圖3 單極裝配調試方法

某公司生產的產品，合閘位置時，r1=r2= 150 mm，a1=a4=35°，x0=1 300 mm，L1=665 mm，L2= 662 mm，L3=80 mm，L4= 42.5 mm，R3=30 mm，設計單邊壓縮量為2.5 mm，三相同期要求不大于20 mm。

按照被動絕緣子較主動拐臂轉動的快慢，觸指接觸時將會出現圖4（由左向右依次為：慢、正常、快）中所列的情況。由式（5）可得，合閘后角度最大偏差0.763°，觸指偏差在8 mm以上。除了極限情況被動絕緣子轉動角度小于正常的情況能夠區分外，其他情形很難在調試過程發現，再加上零部件之間的間隙，在合閘時很難發現其與設計要求之間的偏差。在現有調試方法中，即使以與設計完全相符的極作為基準進行調整，相關的誤差也不可能完全避免。

一方面，觸指偏離設計位置，會導致接兩邊的接觸壓力不均，甚至于單邊受力，將影響產品的通流能力；另一方面，誤差還影響著產品的運動過程（圖5），與正常情形相比，單邊觸指壓縮量較大，受力方向偏向一側，其結果是導致操作過程中力將成倍的增加，降低其運動的平穩性和可靠性。

要改變此種情況，可以通過以下幾種措施加以解決：

（1）提高零部件的精度，減小加工裝配誤差；

（2）提高產品的設計裕度；

（3）改進產品裝配調試方法。

前兩條措施均將大幅度的提高產品的制造成本，降低產品的市場競爭力；在現有的生產裝配條件下，從分閘到合閘的調試方法，改為從合閘到分閘的調過程，即在合閘位置，兩側導電管在自由狀態下，保證中心線相互重合，將能有效的降低加工誤差引起的產品缺餡。首先，兩導電管中心線相互重合，觸指兩側壓縮量與設計壓縮量相同，保證了隔離開關的設計通流能力；同時由于隔離開關合閘對中，避免了隔離開關承受額外的應力作用，提高產品的可靠性。

圖4 誤差引起的觸指的接觸位

其次，從合閘位置到觸頭觸指接觸位置，運動過程極限情況下觸指的最大壓縮量由11.5 mm減少為4.5 mm（圖5、圖6），能夠保證產品運送的平穩性。

圖5 觸頭與觸指間的距離

圖6 觸頭與觸指間的距離（合閘調試）

第三，三相同期也可以得到滿足。按照此種方法調整出的產品，在極限情況下，即觸頭觸指最先接觸時，最后接觸極的觸指與觸頭間最小距離小于5 mm（圖6），能夠滿足工程需要。

當然，隔離開關調試方法的改變是將合閘誤差調整至分閘位置，存在使隔離斷口減小的情況，對于絕緣強度有一定的影響；由于調整時，需在導電管自由狀態下，需將觸頭拆下，調整完畢后再裝配，將增加現場的工作量。

4 結論

筆者通過誤差分析的方法，指出現場反饋的部分零部件加工偏差將會引起運動卡滯等問題，并給出了偏差的計算和通過調試修正的方法，對于GW4型產品的現場運行性能提高具有一定的指導意義。

［1］常林晶，徐光輝，喬巖澤，等.GW4型隔離開關產品分合閘軌跡分析及優化改進措施［J］.高壓電器，2013（4）：134-138.

［2］李興旺，呂鴻，盧啟付，等.G4型隔離開關發熱缺陷分析及處理［J］.廣東電力，2012（9）：103-106.

［3］倪匯川，李傳江，朱德亮，等.GW4型隔離開關安裝調試的一個典型問題分析［J］.安微電力，2011（9）：9-11.

［4］張鑫，呂峰.GW4型隔離開關安裝調試的方法［J］.科技創新與應用，2012（28）：68-69.

［5］GB/T 1804-2000.一般公差未注公差的線性和角度尺寸公差［S］.

Influence of Debugging Error on the Performance of GW4 TYPE Disconenctor

LI Yu-peng，WANG Zhan-jie，SUN Yu-zhou，MA Yong-xu，XIA Li-guo
（He'nan Pinggao Electric Co.，Ltd，Pingdingshan467001，China）

According to problem of GW4 type disconnector from market，such as about temperature rise，torque etc.，utilize tolerance's analysis way，points out that the difference caused by parts'tolerances between the disconnector product and the theory of design，is the main reason of degrade the performance in service，and gives some advices on disconnector adjusting.

adjusting method of disconnector；capability of carrying current；debugging error

TM564

A

1009－9492(2014)09－0055－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.09.015

李宇鵬，男，1971年生，河南平頂山人，大學本科，工程師。研究領域：高壓開關設備的設計及工藝。已發表論文9篇。

(編輯：向 飛)

2014－03－11