GWG16型隔离开关传动轴套故障的分析与处理

吴　胜，　廖　军，　贾凤鸣，　黄伟民，　高　燃

国家电网安徽省电力公司 检修公司　合肥　230001

GWG16型隔离开关传动轴套故障的分析与处理

吴胜，廖军，贾凤鸣，黄伟民，高燃

国家电网安徽省电力公司 检修公司合肥230001

某1000kV变电站GWG16型隔离开关在操作中发生故障，隔离开关本体传动轴套窜动松脱，导致动力传递中断，无法完成分合闸动作。针对这一故障进行分析，得出故障原因，并提出改进方案。

隔离开关；传动轴套；故障

1　故障背景

隔离开关是电力系统中广泛使用的一次设备，其工作原理及结构比较简单，但是使用量大，工作可靠性要求高，对变电所和电厂的安全运行影响较大[1-3]。

隔离开关一般由导电、支撑、传动部分，以及驱动机构等组成。其中，传动部分和驱动机构是隔离开关的动力来源，完成隔离开关的一系列操作命令[4-6]。由于气体绝缘组合电器设备密封性要求，隔离开关驱动机构与导电部分隔离[7]，通过齿轮进行传动，如图1所示。

图1　隔离开关示意图

当齿轮出现故障时，会导致分合闸动作无法完成。如果在分合闸过程中出现故障，会导致电弧长时间灼伤隔离开关触头，损坏导电回路。

通过分析某1000kV变电站气体绝缘组合电器设备GWG16型隔离开关在操作中出现的故障，发现该种型号隔离开关在接到分合闸操作命令后，隔离开关机构箱与本体连接的传动轴在高速运动中产生了轴向移动，导致隔离开关本体传动轴套松脱，隔离开关本体不能正常进行动作，进而使操作失效。

笔者通过分析产生轴向移动的原因，提出可行的改进方案，从根源上解决了此类型故障，保证了 1000kV 气体绝缘组合电器的安全可靠运行。

2　故障概况

某1000kV变电站送电过程中，操作T0522隔离开关，三相机构显示位置不对应，B、C两相在合闸状态，A相隔离开关机构显示在合位，但本体一次机械却指示在分位。

检查隔离开关机构箱与本体传动部件，机构箱内部电机齿轮传动轴与本体传动轴啮合紧密，没有发现有异常现象，因此问题不在此处。

现场将T0522隔离开关A相的机构箱与本体连接部分拆分，螺栓固定件处也未发现松动和变位现象。

再次检查发现，中间轴套已旋转伸出，造成隔离开关的传动机构变位，本体没有合闸，如图2所示。

图2　隔离开关本体中间轴套

3　故障分析

GWG16型隔离开关本体与传动机构通过中间轴套头部齿轮和竖直锥齿轮啮合来实现动力传递，如图3所示。高速运动的机械传动在齿轮之间产生摩擦力，对摩擦力进行分解，有径向力、轴向力、周向力[8-10]，如图4所示。图4中，n1为主动轮转向，n2为从动轮转向，Fr1为主动轮径向力，Fr2为从动轮径向力，Fa1为主动轮轴向力，Fa2为从动轮轴向力，Ft1为主动轮周向力，Ft2为从动轮周向力。由于中间轴套为螺旋式，在电机正反转，即n1、n2方向变化的情况下，如果轴承与轴套之间固定不牢固，Fr2和Ft2的作用会使轴套逐渐窜出，进而造成轴套脱落，齿轮失去啮合。

图3　动力传递示意图

图4　齿轮受力分析

轴承与轴套常用的连接方式有销钉连接、螺钉连接、摩擦连接、键连接、冲铆连接。GWG16型隔离开关采用摩擦连接和冲铆连接，在动力传递时由于轴承与轴套不能完全贴合，使轴承除了旋转运动外，还有圆锥摆动运动。如图5所示，轴承有一个沿着摆动轴心向外的离心力F′。F′的长时间作用，会导致轴套从轴承上脱出，引发故障。

图5　轴承受力分析

4　改进方案

根据所分析的缺陷原因，提出以下改进方案： ① 增大Fa2，或采用和Fa2方向相同的外力；② 减小θ。此外，针对中间轴承的安装特点，通过受力分析，设计增加特殊垫片的改进方法。

根据结构特点设计出的特殊垫片如图6所示。

图6　特殊垫片示意图

特殊垫片安装在图7所示位置，既可以防止传动轴套松动，又减小θ，保证设备的正常运行。

图7　特殊垫片安装示意图

所设计的特殊垫片可以安装在轴套的固定孔上，在特殊垫片的中间开凹凸孔，在中间孔中放入铜垫圈，和轴套尺寸相同，对轴套产生轴向压力，可以有效防止传动轴套产生前后窜动。

5　现场实施

根据所设计的改进方案，加工出特殊垫片并对所有GWG16型隔离开关进行改进安装。

针对GWG16型隔离开关改进20多组，反复进行各项试验，隔离开关分合闸正常，轴套固定牢固，试验数据合格。现场证实所采用的改进方案彻底解决了隔离开关传动部分的设计缺陷，保障了电力系统的安全可靠运行。

6　结论

通过对某1000kV变电站GWG16型隔离开关传动轴套窜动松脱问题进行研究，由传动系统受力分析，得出故障原因。设计了一种特殊垫片，安装在轴套外侧，对轴套产生轴向压力，消除了轴套的窜动松脱问题，保障了隔离开关的可靠分合闸，从而保证了电力系统的正常运行和操作，对同类型同原理设备的故障处理有借鉴意义。

[1] 国家电网公司人力资源部.电力安全生产及防护[M].北京： 中国电力出版社,2010.

[2] 李昂,王志川.GW11-550型高压隔离开关缺陷处理[J].四川电力技术, 2008,31(3)： 82-83.

[3] 刘海析,潘世岩,董元清,等.气体绝缘金属封闭开关设备低温环境运行的改进设计[J].上海电气技术,2013,8(2)： 38-42.

[4] 盛明学,王志清.户外高压隔离开关常见故障的原因分析与处理[J].高压电器, 2010，46(10)： 93-96.

[5] 李继光.户外高压隔离开关常见故障原因及处理措施[J].电工电气,2011(3)： 51-53.

[6] 赵铁林.高压隔离开关的故障及处理分析[J].科技信息(科学教研),2008(22)： 302，314.

[7] 王松,王海燕.一种用于GIS隔离开关的新型电动操动机构研发[J].高压电器, 2016(6)： 167-171.

[8] 李党育.螺旋锥齿轮制造技术对比研究及应用[J].机械制造,2014,52(2)： 47-50.

[9] 周长江，唐进元，钟志华.齿轮传动的线外啮合与冲击摩擦[J].机械工程学报，2008，44(3)： 75-81.

[10] 张靖，陈兵奎，康传章，等.计及齿面摩擦的直齿轮动力学分析[J].振动与冲击，2012，31(21)： 126-132.

(编辑： 启德)

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

吴胜(1968—)，男，本科，高级技师，主要从事电力系统一次设备检修工作，E-mail: wushen@163.com