變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸涂層維護技術(shù)研究

呂旺燕，陳川，阮紅梅，陳天生

?

變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸涂層維護技術(shù)研究

呂旺燕1，陳川2，阮紅梅2，陳天生1

（1.廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣州 510080； 2.中國電器科學研究院有限公司 工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點實驗室，廣州 510080）

針對隔離/接地開關(guān)傳動軸表面維護涂層展開測試研究，并對其后續(xù)維護提出相應(yīng)措施，希望通過加強檢修維護與運行巡視來提高運行質(zhì)量，進而保障系統(tǒng)安全性和可靠性。采用紫外光老化、中性鹽霧等環(huán)境試驗對現(xiàn)場維護后隔離/接地開關(guān)傳動軸原件以及與現(xiàn)場隔離/接地開關(guān)傳動軸相同修復工藝制作的涂層樣板進行環(huán)境耐久性測試，并對涂層性能進行評級，對后續(xù)維護提出相應(yīng)建議措施。紫外1000 h后，傳動軸原件表面涂層無明顯缺陷，光澤保持率平均值為96.8%、色差Δ*的平均值為0.62，色牢度為4~5級。鹽霧1000 h后，傳動軸原件表面涂層出現(xiàn)起泡，未出現(xiàn)生銹、開裂、剝落現(xiàn)象，起泡等級為2（S2）、生銹等級為Ri0、開裂等級為0（S0）、剝落等級為0（S0）。必須對變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸表面維護涂層予以足夠重視。加強工藝質(zhì)量管理，及時可靠地掌握設(shè)備運行狀況，故障盡快查明原因排除隱患，提高系統(tǒng)安全性和可靠性。

隔離開關(guān)傳動軸；涂層；耐久性；環(huán)境試驗

近些年來，變電站隔離/接地開關(guān)在運行過程中出現(xiàn)諸多問題，造成電力系統(tǒng)損失不斷加大，人們對變電站隔離開關(guān)失效問題日益關(guān)注。變電站隔離開關(guān)一般采用戶外雙柱式隔離開關(guān)，它主要由底座、導電部分和棒型瓷柱組成。每個極都有兩個瓷柱，各自裝在底座兩邊軸承座上，中間用交叉連桿進行相連，可以自由轉(zhuǎn)動。導電閘刀被分成了相等兩段，分別固定在瓷柱頂端。隔離開關(guān)的觸頭由柱形觸子、觸頭座、觸頭等組成，上面裝有防護罩[1]。隔離開關(guān)的分、合操作，是由傳動軸通過連桿機構(gòu)帶動，使兩側(cè)棒型瓷柱沿著反方向各自轉(zhuǎn)動90°，讓閘刀在水平面轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)閘刀的分、合閘。隔離/接地開關(guān)傳動軸常采用涂層進行防護，但防護涂層長期受環(huán)境等因素影響，易發(fā)生腐蝕失效等問題[2-6]。目前針對隔離/接地開關(guān)傳動軸防護涂層失效現(xiàn)場修復仍沒有較為有效的措施，非常有必要開展隔離/接地開關(guān)傳動軸防護涂層失效現(xiàn)場修復方案研究，確定合適修復工藝，消除設(shè)備隱患。

文中將對某變電站現(xiàn)場維護后的隔離/接地開關(guān)傳動軸原件以及與隔離/接地開關(guān)傳動軸現(xiàn)場維護相同工藝制作的涂層樣板進行實驗室涂層性能測試和環(huán)境耐久性模擬試驗，對隔離/接地開關(guān)傳動軸表面涂層進行評級，并對后續(xù)維護提出相應(yīng)的建議措施，希望通過加強檢修維護與運行巡視來提高運行質(zhì)量，保障系統(tǒng)安全性和可靠性[7-8]。

1 實驗

1.1 實驗樣品

實驗樣品主要為某變電站現(xiàn)場涂層維護后的隔離/接地開關(guān)傳動軸原件以及與隔離/接地開關(guān)傳動軸現(xiàn)場維護相同工藝制作的涂層樣板，涂層樣板尺寸為150 mm×70 mm×3 mm，隔離/接地開關(guān)傳動軸涂層現(xiàn)場維護工藝如下。

1）將隔離/接地機構(gòu)二次電纜金屬軟管拆下，把隔離/接地機構(gòu)與開關(guān)本體連接螺栓松開，然后將隔離/接地機構(gòu)、相間連桿及拐臂拆下，妥善存放。

2）對傳動軸外露六方的棱角和端面位臵采用噴漆工藝處理，因現(xiàn)場操作空間狹窄，將派遣經(jīng)驗豐富的專門技術(shù)人員攜帶小噴槍前往現(xiàn)場施工，噴漆工藝流程為：除銹打磨后用稀釋劑清洗油污等雜質(zhì)；噴涂底漆，晾干后打磨底漆，清掃底漆表面打磨后的粉塵；噴涂面漆，保證表面無流掛、無漏噴、無針孔、無氣泡等缺陷，晾干后漆膜圓潤光滑、豐滿流暢（注：如因氣候原因空氣濕度過大（實際操作空氣濕度應(yīng)≤60%），現(xiàn)場應(yīng)暫停噴漆）。

3）將隔離/接地動觸頭與開關(guān)本體連接螺栓松開，把動觸頭拆下，在開關(guān)本體上加裝工裝蓋板加以保護，變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4）將動觸頭進一步拆解，傳動軸拆出后，對動觸頭安裝工裝蓋板加以保護。

5）將涂覆油漆后的傳動軸及涂層樣板參照相關(guān)標準進行實驗室性能檢測，合格后方可進行現(xiàn)場應(yīng)用。

圖1 變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸結(jié)構(gòu)

1.2 試驗方法

1.2.1 涂層性能測試

涂層厚度測試依據(jù)ISO 2808: 2007《色漆和清漆漆膜厚度的測定》測定，涂層附著力測試依據(jù)GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》測定，涂層鉛筆硬度測試依據(jù)GB/T 6739—2006《鉛筆法測定漆膜硬度》測定，涂層耐沖擊測試依據(jù)GB/T 1732— 1993《漆膜耐沖擊測定法》測定。

1.2.2 紫外光老化試驗

紫外光老化依據(jù)GB/T 23987—2009《色漆和清漆涂層的人工氣候老化曝露曝露于熒光紫外線和水》中方法A進行試驗。光源為UVA-340，光照段為60 ℃/4 h，冷凝段為40 ℃/4 h交替進行，試驗時間為1000 h。試驗設(shè)備為紫外線/冷凝老化試驗箱ATLAS UVCON，采用分光光度計X-Rite 948測試涂層樣板試驗前后光澤度，采用三角度光澤計BYK 4430測試涂層樣板試驗前后色差變化。

1.2.3 中性鹽霧試驗

中性鹽霧試驗參考GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測試》測定。試驗時間為1000 h，試驗溫度為（35±2）℃，NaCl 溶液的質(zhì)量濃度為（50±10）g/L，溶液的pH 值為6.5~7.2，鹽霧沉降量為1~2 mL/（80 cm2·h），樣品采用與垂直面呈20°±5°方式放置。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本性能

由于隔離/接地開關(guān)傳動軸結(jié)構(gòu)的原因，無法直接對其涂層基本性能進行測試，為此專門采用與隔離/接地開關(guān)傳動軸現(xiàn)場維護相同工藝制作的涂層樣板。涂層樣板制成后，依據(jù)ISO 2808: 2007《色漆和清漆漆膜厚度的測定》對某變電站現(xiàn)場維護后的隔離/接地開關(guān)傳動軸原件以及與隔離/接地開關(guān)傳動軸現(xiàn)場維護相同工藝制作的涂層樣板進行涂層漆膜厚度測試。結(jié)果顯示，傳動軸原件涂層厚度的平均值為215.6 μm，涂層樣板厚度平均值為214.9 μm，涂層樣板涂層厚度與傳動軸原件涂層厚度基本一致，滿足相關(guān)規(guī)定要求（＞200 μm）。

變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸維護涂層性能考察主要包括涂層附著力、硬度、耐沖擊和耐彎曲性能[9-10]。通過對涂層樣板進行相關(guān)性能測試，進而了解隔離/接地開關(guān)傳動軸表面涂層性能，測試結(jié)果見表1和圖2。

表1 傳動軸涂層性能測試

涂層基本性能測試結(jié)果顯示，涂層樣板附著力為0級，鉛筆硬度測試結(jié)果為H，樣品表面有脫落，樣品涂層無可見開裂。由此推斷傳動軸表面維護涂層附著力較好，涂層鉛筆硬度、耐沖擊性能以及耐彎曲性能均較為優(yōu)異。

2.2 耐老化性能

紫外光老化1000 h后，涂層樣板光澤保持率平均值為96.8%、色差ΔE*的平均值為0.62，參考GB/T 1766—2008對涂層樣板的破壞、失光、變色、粉化、開裂、起泡、生銹、剝落進行評定，結(jié)果均為0級。依據(jù)ISO 105-A02:1993進行色牢度評級，結(jié)果為4~5級，由此判定涂層樣板的耐老化性能優(yōu)異，進而推斷變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸現(xiàn)場維護后的表面涂層有較好的耐老化性能。

2.3 耐鹽霧性能

中性鹽霧1000 h后，采用溫度不超過40 ℃的流動水沖洗涂層試樣，吹風機冷風吹干，然后檢查樣品表面腐蝕情況。依據(jù)ISO 4628-2~5:2003 進行外觀評價，按ISO 4628-8:2005 對劃痕部位進行評價。隔離/接地開關(guān)傳動軸原件試驗后形貌如圖3所示，傳動軸原件經(jīng)1000 h鹽霧試驗后涂層表面出現(xiàn)起泡、未出現(xiàn)生銹、開裂、剝落現(xiàn)象，起泡等級為2（S2）、生銹等級為Ri0、開裂等級為0（S0）、剝落等級為0（S0）泡。

中性鹽霧1000 h后，涂層樣板形貌如圖4所示。涂層樣板經(jīng)鹽霧試驗后，最大單邊腐蝕寬度約為1.5 mm，平均單邊腐蝕寬度約為0.2 mm。非劃痕部位出現(xiàn)起泡，未出現(xiàn)生銹、開裂、剝落現(xiàn)象。起泡等級為2（S2）、生銹等級為Ri0、開裂等級為0（S0）、剝落等級為0（S0）。參考ISO 12994-6:1998中表1和ISO 12944-1第4.4節(jié)的技術(shù)內(nèi)容，判定該次變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸現(xiàn)場維護涂層在C3及以下環(huán)境，預計在10~15年內(nèi)不會出現(xiàn)嚴重腐蝕問題[11-12]。

圖4 1000 h中性鹽霧試驗后傳動軸涂層樣板

2.4 維護措施

依據(jù)檢修計劃及時間安排，每年對該站的所有傳動軸涂層進行質(zhì)量檢查（無論是否停電）一次。另外，運行第一、四、七年停電檢修時，對傳動軸涂層進行檢測，依據(jù)現(xiàn)場檢查或檢測情況，采取以下處理措施：如無起泡現(xiàn)象，無需作任何處理；如出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，廠家需委托專業(yè)檢測機構(gòu)進行檢測，并進行起泡等級（標準GB/T 1771—2007）的判定。

若起泡等級≤2級，采取以下措施進行處理。

1）將隔離/接地開關(guān)相間傳動拉桿拆下，并使用專門工裝（螺栓加平墊）將傳動拐臂六方孔漲開拆下，避免拆卸拐臂過程中劃傷傳動軸。

2）使用180目砂紙等打磨工具打磨傳動軸外露六方的棱角和端面位臵，直至將起泡去除，并用大功率吹風機將漆層表面打磨后的粉塵清掃干凈，并用稀釋劑清洗油污等雜質(zhì)。

3）采用紙筒防護，進行補涂底漆兩道，并采取吹風機加溫加速烘干10 min，保證漆膜表層干燥不會粘/沾灰塵。晾干后打磨底漆，清掃底漆表面打磨后的粉塵。

4）采用與底漆工藝相同的方法進行面漆刷涂兩道，保證一次成膜厚度在40 μm以上，漆膜總厚度在200 μm以上，從而提高漆膜的防腐性能。通過漆膜測厚儀檢查漆膜厚度，對漆膜不足200 μm的部位，使用同工藝進行面漆補涂。

5）面漆完全晾干后，使用專門工裝（螺栓加平墊）將傳動拐臂六方孔漲開，套入六方軸后取下工裝，緊固拐臂，避免安裝拐臂過程中劃傷漆面。

6）裝配完成后，使用小噴槍對拐臂及傳動軸結(jié)合位臵涂覆面漆；拐臂安裝完成后與六方軸處于相對固定狀態(tài)，且油漆具有一定韌性，進行分合操作不會造成漆層損傷。

7）恢復隔離/接地開關(guān)傳動拉桿裝配，調(diào)整并校對分合閘定位點，手動、電動操作3~5 次，再次校對分合閘定位點。

現(xiàn)場噴漆處理后，保證傳動軸的相關(guān)尺寸符合技術(shù)標準，滿足運行要求。傳動軸外露六方的尺寸要求如圖5所示。

圖5 傳動軸外露六方的尺寸

處理一件傳動軸需用2 h，依據(jù)出現(xiàn)問題件數(shù)確定具體工期。若一個保修周期6年內(nèi)同一位置第二次出現(xiàn)≤2級的氣泡，則更換新傳動軸。該處理工藝在原工藝基礎(chǔ)上增加了紙筒防護，吹風機烘干措施，有效防止灰塵顆粒對涂層質(zhì)量的影響。

若起泡等級＞2級（表面出現(xiàn)起泡或銹蝕），采取以下措施處理：對起泡等級＞2級的傳動軸進行更換，保證新拐臂采用經(jīng)過第三方專業(yè)機構(gòu)檢查合格的材料。對于現(xiàn)場采取處理的拐臂：保修期截止至起泡等級＞2級時，或者達到GIS壽命周期30年，便需要對傳動軸進行更換。

針對傳動軸維護涂層測試結(jié)果及現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境情況，對變電站隔離/接地開關(guān)傳動軸和傳動連桿增加三相整體式防雨罩。在拐臂盒蓋板上增加兩處8的螺紋孔用于安裝緊固防雨罩，如圖6所示。同時更換防雨罩與螺栓緊固位置配合使用，避免安裝防雨罩時借用本體連接螺栓，使得檢修時拆裝防雨罩對接地開關(guān)本體產(chǎn)生不利影響[13]。

圖6 接地開關(guān)拐臂盒蓋板更改

3 結(jié)論

1）變電站隔離/接地開關(guān)在運行過程中出現(xiàn)諸多問題，嚴重影響系統(tǒng)安全性和可靠性，必須要對變電站隔離開關(guān)予以足夠重視。

2）隔離/接地開關(guān)傳動軸維護涂層基本性能優(yōu)異，耐老化性能較好，耐中性鹽霧性能也相對較好，在C3及以下環(huán)境預計10~15年內(nèi)不會出現(xiàn)嚴重腐蝕問題，可以將其應(yīng)用到隔離/接地開關(guān)傳動軸涂層的現(xiàn)場維護中。

3）必須加強隔離/接地開關(guān)傳動軸工藝質(zhì)量的管理，并結(jié)合設(shè)備自身結(jié)構(gòu)靈活處理。定期對隔離/接地開關(guān)傳動軸表面涂層進行檢修維護，及時可靠地掌握設(shè)備的運行狀況，發(fā)現(xiàn)問題解決問題，盡快查明故障原因排除隱患，提高變電站隔離開關(guān)運行質(zhì)量，提高系統(tǒng)安全性和可靠性。

[1] 李文超, 賈明, 周葛城, 等. 超高壓變電中隔離開關(guān)維護與管理[J]. 通訊世界, 2016(11): 123-124.

[2] 李輝, 許加凱. GW4-252(D)型隔離開關(guān)常見故障及處理[J]. 電工技術(shù), 2015(8): 18-19.

[3] 楊大寧, 汪川, 王振堯, 等. 變電站常用金屬的大氣腐蝕行為及其防護[J]. 裝備環(huán)境工程, 2016, 13(1): 126- 129.

[4] 楊春雷. 變電站隔離開關(guān)的探討[J]. 電力設(shè)備, 2015 (11): 12-15.

[5] SAMIMI A. Study an Analysis and Suggest New Mechanism of 3 Layer Polyethylene Coating Corrosion Cooling Water Pipeline in Oil Refinery in Iran[J]. International Journal of Innovation & Applied Studies, 2012, 1(2): 216-225.

[6] 李文勝, 何鳳生, 王偉, 等. 變電站隔離開關(guān)傳動部件斷裂分析[J]. 廣東電力, 2014(8): 85-88.

[7] 邱志斌, 阮江軍, 黃道春, 等. 高壓隔離開關(guān)機械故障分析及診斷技術(shù)綜述[J]. 高壓電器, 2015(8): 33-36.

[8] 宋祥峰, 李根, 楊春甫. GW5型隔離開關(guān)軸承銹蝕問題[J]. 農(nóng)村電氣化, 2014(6) : 17-21.

[9] AHMED M F A, ZAYAN A M S, RASHED M S. Evaluation of Seed Coating with Certain Bio-agents Against Damping-off and Root Rot Diseases of Fennel under Organic Farming System[J]. Journal of Phytopathology and Pest Management, 2017, 3(3): 11-23.

[10] 梁彩鳳, 侯文泰. 大氣腐蝕與環(huán)境[J]. 裝備環(huán)境工程, 2004, 1(2): 49-52.

[11] 楊萬均, 肖敏, 張燕, 等. 艦面電子設(shè)備機柜防護失效分析與對策研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2012, 9 (6): 83-87.

[12] YANG Z, CHUEH C C, ZUO F, et al. High Performance Fully Printable Perovskite Solar Cells via Blade Coating Technique under the Ambient Condition[J]. Advanced Energy Materials, 2015, 5(13): 28-30.

[13] FRESNAIS J, YAN M, COURTOIS J, et al. Poly (acrylic acid)-coated Iron Oxide Nanoparticles: Quantitative Evaluation of the Coating Properties and Applications for the Removal of a Pollutant Dye[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2013, 395: 24-30.

Coating Maintenance Technology of Isolated Ground Switch Transmission Shaft in Substation

LYU Wang-yan, CHEN Chuan, RUAN Hong-mei, CHEN Tian-sheng

To carry out testing research on maintenance coating on transmission shaft of isolation switch, put forward corresponding measures for follow-up maintenances to improve running quality by strengthening maintenance and patrol, and thus guarantee security and reliability of the system.Aging of ultraviolet light, the medium salt fog, etc. were applied to carry out environment durability test on original isolation/grounding switch transmission shaft and coating samples made in the process and assess performance of the coating. Some suggestions were put forward for follow-up maintenance.After Uv test of 1000 h, there was no obvious defect on the original surface of the transmission shaft. The luster retention rate was 96.8%; the color difference Δ*averages was 0.62; and the fastness was level 4-5. After salt spray test of 1000 h, there were bubbles, but no rust, no cracking, or peeling on the original surface of the transmission shaft with blister grade 2 (S2), rusting grade Ri0, cracking level 0 (S0) and flaking grade 0 (S0).It is required to pay sufficient attention to the substation isolation switch, so as to strengthen management of process quality; timely grasp running status of equipment, find out causes as soon as possible, eliminate hidden dangers, and improve the system security and reliability.

isolating switch transmission shaft; coating; durability; environmental testing

10.7643/ issn.1672-9242.2018.01.010

TJ07

A

1672-9242(2018)01-0045-05

2017-07-06；

2017-08-02

中國南方電網(wǎng)有限責任公司重點科技項目（K-GD2014-0532）

呂旺燕（1984—），女，湖北鄂州人，博士，高級工程師，主要研究方向為腐蝕與防護。