新一代GIS工程化應用技術研究

［關鍵詞］GIS ；工程化應用；批試；研究

［中圖分類號］TM595 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0022–03

1背景概述

目前，高壓行業開關制造商之間競爭愈發激烈，客戶對高壓開關產品各方面的要求越來越高，需提高產品的技術水平，優化產品結構，縮小產品尺寸，增加其設計靈活性，因此，推出新一代GIS產品將是提高產品市場競爭力的關鍵。

通過對新一代GIS產品開展工程化技術研究，對批試過程中零部件生產、制造、安裝過程進行工藝合理性驗證；對斷路器、隔離開關、快速接地開關進行加嚴絕緣試驗和加嚴操作試驗，進一步驗證產品可靠性。在樣試工藝文件及工裝基礎上，補充及完善工藝文件及工裝，滿足工程量產需求。

2重難點分析

對斷路器、隔離開關、快速接地開關等裝配工藝進行評估，全面梳理產品的結構特點和裝配難易程度。

面對新一代GIS裝配精度要求高和異物控制要求嚴的現狀，經過評估分析，投制50余種工裝，極大地提高裝配效率和裝配質量。

2.1線型隔離接地開關對中難

受線型隔離接地開關的接地靜端裝配設在隔離動端結構設計的限制，隔離開關動靜端、接地開關動靜端對中需要同時進行，且要同時保證兩者的對中尺寸要求。由于對中間隙在筒體內部進行，不便控制和觀察，因此需要設計一種可視化對中工裝，以方便、快速測量和調整對中間隙。

新型隔離接地開關可視化對中工裝，先將隔離開關動靜端、接地開關動端在筒體外按設定好的軌道進行對中，對中調節合格后，隔離開關動靜端、接地開關動端只能沿軌道前進或后退，上下左右方向不能移動。接著用小車將筒體推送到預設筒體位置，再將對中好的隔離開關動靜端、接地開關動端沿軌道與筒體對接，對接完成后直接進行下道工序，無需再進行內部對中。新型隔離接地開關可視化對中工裝操作方便、穩定可靠，極大地提高了新產品的裝配質量與效率，為后續大批量隔離接地開關的組裝提供了有利的保障。

2.2斷路器滅弧室吊裝空間小

新一代GIS采用小型化、輕量化的設計理念，產品整體尺寸減小，結構緊湊。滅弧室長度長，與筒體內壁之間的間隙小，若采用原有懸臂式滅弧室吊裝工裝存在磕碰劃傷滅弧室的風險，而且懸臂式滅弧室吊裝工裝笨重，不易操作。

針對以上裝配難點，研發設計出滑道式斷路器吊裝工裝。軌道裝配工裝先與筒體連接固定，將軌道推進筒體內部，再將滅弧室吊裝至軌道工裝滑塊上，通過推動滑塊，將滅弧室滑至筒體內部，然后從筒體中心上拔口將滅弧室吊起，拉出軌道，最后將滅弧室落在絕緣支撐筒上，完成裝配。相比懸臂式滅弧室吊裝工裝，滑道式斷路器吊裝工裝消除了過長懸臂容易開裂的隱患，保證安全性能的同時，提高了裝配效率。懸臂式滅弧室吊裝工裝如圖1所示。滑道式斷路器吊裝工裝如圖2所示。

2.3零部件空間存放利用率低

車間現有大多數零部件配餐采用的是塑料托盤的轉運方法，單層塑料托盤占地面積大，存放零部件少，車間空間利用率低。塑料托盤轉運過程需要借助叉車，由于散放的零部件沒有固定，在叉車轉運過程易因震動而磕碰零部件。

新一代GIS產品，綜合考慮生產節拍、物流路線、標準工時等，形成一套完整的工藝布局。在新的布局中，設計定制化零部件線棒車，根據當天裝配任務進行配餐。線棒車多為雙層或3層存儲結構，可根據不同工位設計不同的線棒車，一般1個工位配備1個多層的線棒車即能滿足工位的裝配需要。此種線棒車采用裝卡式框架結構，在框架上固定托盤，每個托盤可根據零部件形狀定制化設計。多層設計的線棒車，極大地提高了車間的空間利用率，降低了零部件磕碰劃傷的風險，更有利于后續產品工位制布局裝配。新型定制化線棒車如圖3所示。

3主要工作思路和技術路線

（1）分析裝配難點，設計投制隔離開關對中工裝、滅弧室吊裝工裝和轉運小車。

（2）投制斷路器、隔離接地開關和快速接地開關，進行裝配、試驗。

（3）針對裝配、試驗過程中暴露出的問題投制改進后的零部件，對新結構進行驗證。

（4）進行加嚴絕緣試驗、加嚴操作試驗和顛簸試驗。

4主要研究內容

4.1開展新一代GIS批試驗證

（1）批試內容。投制三相斷路器、12型隔離接地開關、三相快速接地開關進行批試。對產品生產制造過程中的零部件加工工藝、裝配工藝、設計結構、設計參數等進行全面的驗證。

（2）加嚴絕緣試驗。對斷路器、隔離接地開關、快速接地開關按1.1倍的絕緣裕度進行雷電沖擊試驗、工頻耐受試驗和局部放電試驗。

（3）加嚴操作試驗。對斷路器、隔離接地開關、快速接地開關進行10000次操作試驗。

（4）顛簸試驗。在斷路器上裝配電子三維沖撞儀，在顛簸路段進行2000km的顛簸測試。顛簸試驗結束后，復測斷路器的機械特性，并對斷路器進行解體檢查，觀察筒體內部有無異物產生。

4.2工程化應用結構設計

（1）筒體及導體結構。根據工程化布置需求，新設計1種三通結構、2種轉彎兩通結構、1種T型導體結構和3種L型導體結構。

（2）伸縮節。根據工程化布置需求，新設計1種安裝波紋管、1種熱伸縮波紋管、1種力平衡波紋管和兩種組合力平衡波紋管。

（3）組合力平衡結構。根據工程化布置需求，設計出1種組合力平衡結構和1種端頭支撐結構。

（4）電站標準模塊。設計出HGIS及GIS標準電站布置，以縮短電站設計周期，提高設計效率及設計正確率。

（5）標準包裝運輸圖紙。設計出結構簡潔、經濟合理的標準包裝運輸圖紙。

（6）工藝文件及工裝。根據產品設計方案、產品結構，結合公司工藝、質量要求，編制WSS體系圖6份，編制作業指導書6套，投制工裝50余種。

5批試中遇到的問題

5.1隔離開關弧觸頭磨損問題

（1）問題描述。隔離接地開關在進行200次操作試驗后進行解體檢查，發現隔離動、靜弧觸頭磨損嚴重，表面有明顯的溝壑。

（2）原因分析。經現場調查發現圖紙要求弧觸頭頭部棱角為R1圓滑過渡，廠家對弧觸頭端部圓周幾乎未倒角，且與其他類似產品對比，新一代隔離靜端弧觸頭彈性形變最小。隔離靜端弧觸頭未倒角且彈性形變小導致弧觸頭分合閘過程中產生磨損。

（3）解決措施。①返修樣機弧觸頭端部外圓倒角；②升版弧觸頭圖紙；③投制動、靜弧觸頭對中工裝，保證動、靜弧觸頭裝配完成后的對中；④升版裝配作業指導書，動靜弧觸頭裝配完成后增加對中檢查。

（4）驗證效果。改進效果良好。隔離開關200次操作后解體檢查，動觸頭、靜弧觸頭未發生磨損。

5.2快速接地開關動觸頭斷裂問題

（1）問題描述。快速接地開關壽命樣機在進行到4000次操作試驗時，動弧觸頭與桿之間焊縫斷裂，動弧觸頭觸指共6瓣，斷裂3瓣。

（2）原因分析。①經測量，斷裂部位焊縫有效深度僅約2mm，而圖紙要求焊縫深度3mm，該焊縫經機加打磨后有效深度降低，致使焊縫強度不合格，從而導致動弧觸頭與桿之間焊縫斷裂；②與其他類似產品快速接地開關導向座結構對比，發現新一代快速接地開關兩道導向環間距偏小，導向效果不佳。

（3）解決措施。①更改動觸頭、靜弧觸頭的結構設計，將觸瓣設在靜弧觸頭位置；②改進動觸頭觸座導向結構，更改導向環材質，增大導向環寬度，增大兩道導向環間距，提高快速接地開關傳動的對中效果。

（4）驗證效果。改進效果良好。通過對改進后的動觸頭、靜弧觸頭進行10000次壽命試驗驗證，未發現異常。

5.3斷路器電阻磨損問題

（1）問題描述。斷路器在進行操作試驗后，發現筒體底部電阻裝配正下方有較多的電阻粉末。

（2）原因分析。經化學成分分析，此粉末為斷路器電阻與內絕緣桿磨擦產生，電阻外側無電阻保護套防護，摩擦異物掉落在筒體內部。

（3）解決措施。①改進電阻絕緣拉桿與電阻的配合形式，由原來扁棒式配合改為圓棒式配合，使斷路器分合閘的過程中絕緣棒和電阻之間的受力更加均勻，減少絕緣棒和電阻之間的磨損；②在電阻外側增加電阻保護套，即使電阻與絕緣棒之間有輕微磨損，也能夠防止磨損異物掉入筒體內部，以避免影響設備穩定運行。

（4）驗證效果。改進效果良好。斷路器操作3000次后，對電阻裝配解體檢查，發現只有極少量電阻粉末。

5.4斷路器絕緣支柱螺栓松動問題

（1）問題描述。斷路器壽命樣機操作至3000次時，非機構側絕緣支柱下方螺栓松動，支撐座掉落，機構側螺栓未松動。將絕緣支柱鋼絲螺套加長后，操作至6000次時，非機構側絕緣支柱上方螺栓發生松動。

（2）原因分析。①因為絕緣支柱內部鋼絲螺套比圖紙要求值短，螺栓擰入深度變小，從而使絕緣支柱與支撐座結合力變小；②絕緣支柱固定螺栓為M10螺栓，有效螺紋連接長度約為30mm，緊固力矩不夠。

（3）解決措施。升版圖紙，將絕緣支柱和連接座的連接螺栓由M10改為M12，增大柱式絕緣子與連接座的結合力。

（4）驗證效果。改進效果良好。斷路器操作10000次后，對斷路器進行解體檢查，絕緣支柱上下螺栓均未發生松動。

5.5斷路器密封桿斷裂問題

（1）問題描述。斷路器壽命樣機進行3000次操作后，在拍特性試驗過程中，拐臂盒內與機構連接的密封桿端部發生斷裂。

（2）原因分析。通過對斷裂密封桿進行檢測，檢測結果如下：①密封桿抗拉強度、伸長率、材料成分和硬度均符合要求；②從密封桿斷裂面的形貌上判斷，斷裂面存在空洞缺陷，可能是熱處理不良所致；③通過仿真計算，分合閘操作工況下密封桿接頭連接部位受力較大，設計裕度較小。

（3）解決措施。將斷路器密封桿材質由7075鋁材改為圓鋼30CrNi3。

（4）驗證效果。改進效果良好。斷路器操作10000次，密封桿無異常。

6主要技術成果

（1）端頭力平衡支撐的計算。端頭力平衡支撐位于串內與分支母線交匯處，因分支母線中心高度高、長度長，會產生巨大的盲板力，對端頭力平衡支撐的強度要求苛刻，需進行受力仿真計算。計算結果形成了《新一代GIS端頭力平衡支撐計算報告》。

（2）開發出全系列的伸縮節。開發出新一代GIS全系列的伸縮節，包含安裝波紋管、熱伸縮波紋管、組合力平衡波紋管和端頭力平衡波紋管，并取得伸縮節型式試驗報告。

7結束語

通過文章研究，完成了斷路器、隔離開關、快速接地開關的加嚴操作試驗、加嚴絕緣試驗和顛簸試驗，完善了車間的裝配工裝、WSS體系圖和裝配作業指導書，取得了波紋管、三通筒體等元件的型式試驗報告，完成了HGIS和GIS標準化間隔模塊設計，為新一代GIS批量生產奠定了基礎。新一代GIS產品工程化應用技術研究，提升了開關設備的產品性能，降低了產品成本，提升了企業開關設備的市場競爭力，為我國電網安全、穩定運行提供了可靠保障。