GWG16型隔離開關傳動軸套故障的分析與處理

吳　勝，　廖　軍，　賈鳳鳴，　黃偉民，　高　燃

國家電網安徽省電力公司 檢修公司　合肥　230001

GWG16型隔離開關傳動軸套故障的分析與處理

吳勝，廖軍，賈鳳鳴，黃偉民，高燃

國家電網安徽省電力公司 檢修公司合肥230001

某1000kV變電站GWG16型隔離開關在操作中發生故障，隔離開關本體傳動軸套竄動松脫，導致動力傳遞中斷，無法完成分合閘動作。針對這一故障進行分析，得出故障原因，并提出改進方案。

隔離開關；傳動軸套；故障

1　故障背景

隔離開關是電力系統中廣泛使用的一次設備，其工作原理及結構比較簡單，但是使用量大，工作可靠性要求高，對變電所和電廠的安全運行影響較大[1-3]。

隔離開關一般由導電、支撐、傳動部分，以及驅動機構等組成。其中，傳動部分和驅動機構是隔離開關的動力來源，完成隔離開關的一系列操作命令[4-6]。由于氣體絕緣組合電器設備密封性要求，隔離開關驅動機構與導電部分隔離[7]，通過齒輪進行傳動，如圖1所示。

圖1　隔離開關示意圖

當齒輪出現故障時，會導致分合閘動作無法完成。如果在分合閘過程中出現故障，會導致電弧長時間灼傷隔離開關觸頭，損壞導電回路。

通過分析某1000kV變電站氣體絕緣組合電器設備GWG16型隔離開關在操作中出現的故障，發現該種型號隔離開關在接到分合閘操作命令后，隔離開關機構箱與本體連接的傳動軸在高速運動中產生了軸向移動，導致隔離開關本體傳動軸套松脫，隔離開關本體不能正常進行動作，進而使操作失效。

筆者通過分析產生軸向移動的原因，提出可行的改進方案，從根源上解決了此類型故障，保證了 1000kV 氣體絕緣組合電器的安全可靠運行。

2　故障概況

某1000kV變電站送電過程中，操作T0522隔離開關，三相機構顯示位置不對應，B、C兩相在合閘狀態，A相隔離開關機構顯示在合位，但本體一次機械卻指示在分位。

檢查隔離開關機構箱與本體傳動部件，機構箱內部電機齒輪傳動軸與本體傳動軸嚙合緊密，沒有發現有異常現象，因此問題不在此處。

現場將T0522隔離開關A相的機構箱與本體連接部分拆分，螺栓固定件處也未發現松動和變位現象。

再次檢查發現，中間軸套已旋轉伸出，造成隔離開關的傳動機構變位，本體沒有合閘，如圖2所示。

圖2　隔離開關本體中間軸套

3　故障分析

GWG16型隔離開關本體與傳動機構通過中間軸套頭部齒輪和豎直錐齒輪嚙合來實現動力傳遞，如圖3所示。高速運動的機械傳動在齒輪之間產生摩擦力，對摩擦力進行分解，有徑向力、軸向力、周向力[8-10]，如圖4所示。圖4中，n1為主動輪轉向，n2為從動輪轉向，Fr1為主動輪徑向力，Fr2為從動輪徑向力，Fa1為主動輪軸向力，Fa2為從動輪軸向力，Ft1為主動輪周向力，Ft2為從動輪周向力。由于中間軸套為螺旋式，在電機正反轉，即n1、n2方向變化的情況下，如果軸承與軸套之間固定不牢固，Fr2和Ft2的作用會使軸套逐漸竄出，進而造成軸套脫落，齒輪失去嚙合。

圖3　動力傳遞示意圖

圖4　齒輪受力分析

軸承與軸套常用的連接方式有銷釘連接、螺釘連接、摩擦連接、鍵連接、沖鉚連接。GWG16型隔離開關采用摩擦連接和沖鉚連接，在動力傳遞時由于軸承與軸套不能完全貼合，使軸承除了旋轉運動外，還有圓錐擺動運動。如圖5所示，軸承有一個沿著擺動軸心向外的離心力F′。F′的長時間作用，會導致軸套從軸承上脫出，引發故障。

圖5　軸承受力分析

4　改進方案

根據所分析的缺陷原因，提出以下改進方案： ① 增大Fa2，或采用和Fa2方向相同的外力；② 減小θ。此外，針對中間軸承的安裝特點，通過受力分析，設計增加特殊墊片的改進方法。

根據結構特點設計出的特殊墊片如圖6所示。

圖6　特殊墊片示意圖

特殊墊片安裝在圖7所示位置，既可以防止傳動軸套松動，又減小θ，保證設備的正常運行。

圖7　特殊墊片安裝示意圖

所設計的特殊墊片可以安裝在軸套的固定孔上，在特殊墊片的中間開凹凸孔，在中間孔中放入銅墊圈，和軸套尺寸相同，對軸套產生軸向壓力，可以有效防止傳動軸套產生前后竄動。

5　現場實施

根據所設計的改進方案，加工出特殊墊片并對所有GWG16型隔離開關進行改進安裝。

針對GWG16型隔離開關改進20多組，反復進行各項試驗，隔離開關分合閘正常，軸套固定牢固，試驗數據合格。現場證實所采用的改進方案徹底解決了隔離開關傳動部分的設計缺陷，保障了電力系統的安全可靠運行。

6　結論

通過對某1000kV變電站GWG16型隔離開關傳動軸套竄動松脫問題進行研究，由傳動系統受力分析，得出故障原因。設計了一種特殊墊片，安裝在軸套外側，對軸套產生軸向壓力，消除了軸套的竄動松脫問題，保障了隔離開關的可靠分合閘，從而保證了電力系統的正常運行和操作，對同類型同原理設備的故障處理有借鑒意義。

[1] 國家電網公司人力資源部.電力安全生產及防護[M].北京： 中國電力出版社,2010.

[2] 李昂,王志川.GW11-550型高壓隔離開關缺陷處理[J].四川電力技術, 2008,31(3)： 82-83.

[3] 劉海析,潘世巖,董元清,等.氣體絕緣金屬封閉開關設備低溫環境運行的改進設計[J].上海電氣技術,2013,8(2)： 38-42.

[4] 盛明學,王志清.戶外高壓隔離開關常見故障的原因分析與處理[J].高壓電器, 2010，46(10)： 93-96.

[5] 李繼光.戶外高壓隔離開關常見故障原因及處理措施[J].電工電氣,2011(3)： 51-53.

[6] 趙鐵林.高壓隔離開關的故障及處理分析[J].科技信息(科學教研),2008(22)： 302，314.

[7] 王松,王海燕.一種用于GIS隔離開關的新型電動操動機構研發[J].高壓電器, 2016(6)： 167-171.

[8] 李黨育.螺旋錐齒輪制造技術對比研究及應用[J].機械制造,2014,52(2)： 47-50.

[9] 周長江，唐進元，鐘志華.齒輪傳動的線外嚙合與沖擊摩擦[J].機械工程學報，2008，44(3)： 75-81.

[10] 張靖，陳兵奎，康傳章，等.計及齒面摩擦的直齒輪動力學分析[J].振動與沖擊，2012，31(21)： 126-132.

(編輯： 啟德)

A GWG16 isolating switch in a 1000kV substation went wrong in the operation resulting in power transmission interruption and failure completion of switching movement due to loose transmission bushing of the isolating switch. By analyzing the fault to identify the source of trouble and put forward the improvement proposal.

IsolatingSwitch；TransmissionBushing；Fault

TM564.1

B

1674-540X(2017)04-072-03

2017年4月

吳勝(1968—)，男，本科，高級技師，主要從事電力系統一次設備檢修工作，E-mail: wushen@163.com