GCB1G0型斷路器傳動主軸缺陷的消除方法探討

摘要：文章結合實際生產過程中GCB1G0型斷路器容易出現漏氣的現象，通過分析找出了缺陷所在，介紹了有效的解決方法，提高了GCB1G0型斷路器的可靠性，創造了可觀的經濟效益，同時也給技術人員對組合電器的性能優化提供了參考思路。

關鍵詞：斷路器；傳動主軸；缺陷消除；組合電器；性能優化 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM561 文章編號：1009-2374（2016）05-0036-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.019

1 概述

組合電器即氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas lnsulated Switchgear），簡稱GIS。它將所有帶電導體密封在與地網相連的金屬罐體里面，內充帶有絕緣與滅弧作用的SF6氣體，具有占地面積小、可靠性高、安裝周期短、免維護等優點，為電網系統的穩定運行發揮了重要作用。在72.5kV及以上的高壓、超高壓以及特高壓領域，組合電器已占據了主導地位，也是城市化進程的必然選擇。

GCB1G0型斷路器是組合電器最核心的器件，直接影響著組合電器整體性能水平。傳動主軸作為斷路器的關鍵傳動部件，負責連接氣室外部操作機構與氣室內部滅弧室，既承受著強大的操作載荷，也承擔著細膩的氣體密封需求，工況比較復雜。多年以來，GCB1G0型斷路器在出廠檢驗環節多次出現氣體泄漏的情況，即氣體密封性能不穩定，給生產造成了損失，也給產品的可靠運行埋下隱患。但由于斷路器的特殊地位，加上斷路器的系統性較強，一般情況下技術人員不會輕易地去碰觸其結構上的更改，導致該缺陷一直存在。然而只要有缺陷存在，我們就應當努力去解決，保證產品可靠性是每個技術人員的責任。下面筆者將從傳統的技術思路來講述解決該缺陷的方法。

2 缺陷的影響及分析

2.1 缺陷的影響

GCB1G0型斷路器內充0.6MPa壓力的SF6氣體，若因密封配合不良而導致漏氣的返修，將造成0.1MPa氣體不能被回收（重量約為10kg），按現時氣體價格80元/kg計算，直接經濟損失是10×80=800（元）。間接的損失是返修所用工時：氣體回收1.2工時；解體及重新裝配6工時；抽真空2工時；充SF6氣體0.25工時；檢漏試驗1工時，共計返修所需時間為10.45工時。因返修造成的設備運行損耗、水電損耗等不做計算。需要說明的是，以上是單臺斷路器出現漏氣時的損失。

2.2 缺陷的分析

通過結構分析，筆者發現傳動主軸的密封面與軸承裝配面處于同一個柱面上。在裝配時需先安裝軸承后裝密封圈，軸承的過渡配合會擠壓刮花密封面，造成密封圈與主軸配合不良而漏氣。

3 缺陷的消除

解決該缺陷最有效的途徑有兩種：一是將軸承配合面與密封面設計成不在同一柱面上；二是調換軸承與密封圈的裝配順序。受斷路器傳動結構的影響，第二種途徑不可行。因此我們采取第一種方案進行設計。

考慮到密封圈的通用性，我們不變更密封配合面尺寸。因此根據軸承與密封圈裝配的先后順序，須將軸承配合面尺寸設計為大于密封配合面尺寸。原軸承型號是6208-2Z，內徑為40mm，外徑為80mm。查《機械設計手冊》深溝球軸承標準規格表可知，大一個規格的軸承內徑是45mm，為了減少軸承外徑尺寸變化對傳動室的影響，須將軸承外徑尺寸變化量控制在最小范圍內，查得外徑是85mm，即理想的規格是6209-2Z。在確定軸承規格后，須進行下面三步驗算：

3.1 滅弧室能量計算

單相滅弧室直線運動件（上下運動）質量m1=8kg，機構傳動件質量m2=10kg，傳動比為1.5，歸化到單相觸頭后的質量m=8+10/（3×1.5）=10.2kg，壓氣缸截面S=12255mm2，氣缸額定氣壓po=0.6MPa，分閘速度vf=5.5m/s。

3.1.1 分閘加速能量為：

4 驗證

在新方案中，長主軸的軸承裝配面尺寸比原方案增大，其余尺寸未發生變更，因此可以直接判斷新方案的長主軸的強度高于原方案，不必進行強度驗算。根據第三部分的軸承選型方案，筆者投制了樣件并進行了機械特性測試、機械壽命測試，性能指標都滿足設計要求，經過數次的拆卸、裝配后對樣件進行氣密性檢驗，未出現漏氣現象。因此，新方案可以應用于工程當中，消除了GCB1G0型斷路器的漏氣缺陷。

5 結語

任何核心的零部件，其設計都是有依據的。當存在缺陷時，我們只要找出問題所在，分析各元素之間的相互關系，就能選擇出合適的解決方案。從設計依據著手，逐步深入地對方案進行驗算，并最終落實解決方案（借助目前普遍使用的有限元分析仿真工具可提升計算的效率及準確性）。必要時投制樣件進行測試，通過實際的測試來進一步驗證理論計算，最終可靠地消除產品缺陷，提升產品可靠性。

參考文獻

[1] 黎斌.SF6高壓電器設計（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2003.

作者簡介：伍兆輝（1982-），廣州白云電器設備股份有限公司主任設計師，研究方向：高壓組合電器（GIS）的研發及工程設計。

（責任編輯：陳 潔）