［關(guān)鍵詞］GIS ；工程化應(yīng)用；批試；研究

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

1背景概述

目前，高壓行業(yè)開關(guān)制造商之間競爭愈發(fā)激烈，客戶對高壓開關(guān)產(chǎn)品各方面的要求越來越高，需提高產(chǎn)品的技術(shù)水平，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，縮小產(chǎn)品尺寸，增加其設(shè)計靈活性，因此，推出新一代GIS產(chǎn)品將是提高產(chǎn)品市場競爭力的關(guān)鍵。

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

2重難點分析

對斷路器、隔離開關(guān)、快速接地開關(guān)等裝配工藝進行評估，全面梳理產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(yán)的現(xiàn)狀，經(jīng)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(zhì)量。

2.1線型隔離接地開關(guān)對中難

受線型隔離接地開關(guān)的接地靜端裝配設(shè)在隔離動端結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，隔離開關(guān)動靜端、接地開關(guān)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(nèi)部進行，不便控制和觀察，因此需要設(shè)計一種可視化對中工裝，以方便、快速測量和調(diào)整對中間隙。

新型隔離接地開關(guān)可視化對中工裝，先將隔離開關(guān)動靜端、接地開關(guān)動端在筒體外按設(shè)定好的軌道進行對中，對中調(diào)節(jié)合格后，隔離開關(guān)動靜端、接地開關(guān)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(yù)設(shè)筒體位置，再將對中好的隔離開關(guān)動靜端、接地開關(guān)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(nèi)部對中。新型隔離接地開關(guān)可視化對中工裝操作方便、穩(wěn)定可靠，極大地提高了新產(chǎn)品的裝配質(zhì)量與效率，為后續(xù)大批量隔離接地開關(guān)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(shè)計理念，產(chǎn)品整體尺寸減小，結(jié)構(gòu)緊湊。滅弧室長度長，與筒體內(nèi)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(fēng)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(fā)設(shè)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(nèi)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(nèi)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?；朗綌嗦菲鞯跹b工裝如圖2所示。

2.3零部件空間存放利用率低

車間現(xiàn)有大多數(shù)零部件配餐采用的是塑料托盤的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)運過程易因震動而磕碰零部件。

新一代GIS產(chǎn)品，綜合考慮生產(chǎn)節(jié)拍、物流路線、標(biāo)準(zhǔn)工時等，形成一套完整的工藝布局。在新的布局中，設(shè)計定制化零部件線棒車，根據(jù)當(dāng)天裝配任務(wù)進行配餐。線棒車多為雙層或3層存儲結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同工位設(shè)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(jié)構(gòu)，在框架上固定托盤，每個托盤可根據(jù)零部件形狀定制化設(shè)計。多層設(shè)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(fēng)險，更有利于后續(xù)產(chǎn)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(shù)路線

（1）分析裝配難點，設(shè)計投制隔離開關(guān)對中工裝、滅弧室吊裝工裝和轉(zhuǎn)運小車。

（2）投制斷路器、隔離接地開關(guān)和快速接地開關(guān)，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(jié)構(gòu)進行驗證。

（4）進行加嚴(yán)絕緣試驗、加嚴(yán)操作試驗和顛簸試驗。

4主要研究內(nèi)容

4.1開展新一代GIS批試驗證

（1）批試內(nèi)容。投制三相斷路器、12型隔離接地開關(guān)、三相快速接地開關(guān)進行批試。對產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的零部件加工工藝、裝配工藝、設(shè)計結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)等進行全面的驗證。

（2）加嚴(yán)絕緣試驗。對斷路器、隔離接地開關(guān)、快速接地開關(guān)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(yán)操作試驗。對斷路器、隔離接地開關(guān)、快速接地開關(guān)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(jié)束后，復(fù)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(nèi)部有無異物產(chǎn)生。

4.2工程化應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）筒體及導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程化布置需求，新設(shè)計1種三通結(jié)構(gòu)、2種轉(zhuǎn)彎兩通結(jié)構(gòu)、1種T型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和3種L型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

（2）伸縮節(jié)。根據(jù)工程化布置需求，新設(shè)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(jié)構(gòu)。根據(jù)工程化布置需求，設(shè)計出1種組合力平衡結(jié)構(gòu)和1種端頭支撐結(jié)構(gòu)。

（4）電站標(biāo)準(zhǔn)模塊。設(shè)計出HGIS及GIS標(biāo)準(zhǔn)電站布置，以縮短電站設(shè)計周期，提高設(shè)計效率及設(shè)計正確率。

（5）標(biāo)準(zhǔn)包裝運輸圖紙。設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡潔、經(jīng)濟合理的標(biāo)準(zhǔn)包裝運輸圖紙。

（6）工藝文件及工裝。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計方案、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，結(jié)合公司工藝、質(zhì)量要求，編制WSS體系圖6份，編制作業(yè)指導(dǎo)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(guān)弧觸頭磨損問題

（1）問題描述。隔離接地開關(guān)在進行200次操作試驗后進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)隔離動、靜弧觸頭磨損嚴(yán)重，表面有明顯的溝壑。

（2）原因分析。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(dǎo)致弧觸頭分合閘過程中產(chǎn)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(yè)指導(dǎo)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(guān)200次操作后解體檢查，動觸頭、靜弧觸頭未發(fā)生磨損。

5.2快速接地開關(guān)動觸頭斷裂問題

（1）問題描述?？焖俳拥亻_關(guān)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(jīng)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(jīng)機加打磨后有效深度降低，致使焊縫強度不合格，從而導(dǎo)致動弧觸頭與桿之間焊縫斷裂；②與其他類似產(chǎn)品快速接地開關(guān)導(dǎo)向座結(jié)構(gòu)對比，發(fā)現(xiàn)新一代快速接地開關(guān)兩道導(dǎo)向環(huán)間距偏小，導(dǎo)向效果不佳。

（3）解決措施。①更改動觸頭、靜弧觸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將觸瓣設(shè)在靜弧觸頭位置；②改進動觸頭觸座導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，更改導(dǎo)向環(huán)材質(zhì)，增大導(dǎo)向環(huán)寬度，增大兩道導(dǎo)向環(huán)間距，提高快速接地開關(guān)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jīng)化學(xué)成分分析，此粉末為斷路器電阻與內(nèi)絕緣桿磨擦產(chǎn)生，電阻外側(cè)無電阻保護套防護，摩擦異物掉落在筒體內(nèi)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(cè)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(nèi)部，以避免影響設(shè)備穩(wěn)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(fā)現(xiàn)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(gòu)側(cè)絕緣支柱下方螺栓松動，支撐座掉落，機構(gòu)側(cè)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(gòu)側(cè)絕緣支柱上方螺栓發(fā)生松動。

（2）原因分析。①因為絕緣支柱內(nèi)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(jié)合力變??；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(jié)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(fā)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(nèi)與機構(gòu)連接的密封桿端部發(fā)生斷裂。

（2）原因分析。通過對斷裂密封桿進行檢測，檢測結(jié)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(shè)計裕度較小。

（3）解決措施。將斷路器密封桿材質(zhì)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(shù)成果

（1）端頭力平衡支撐的計算。端頭力平衡支撐位于串內(nèi)與分支母線交匯處，因分支母線中心高度高、長度長，會產(chǎn)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(jié)果形成了《新一代GIS端頭力平衡支撐計算報告》。

（2）開發(fā)出全系列的伸縮節(jié)。開發(fā)出新一代GIS全系列的伸縮節(jié)，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(jié)型式試驗報告。

7結(jié)束語

通過文章研究，完成了斷路器、隔離開關(guān)、快速接地開關(guān)的加嚴(yán)操作試驗、加嚴(yán)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(yè)指導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)化間隔模塊設(shè)計，為新一代GIS批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。新一代GIS產(chǎn)品工程化應(yīng)用技術(shù)研究，提升了開關(guān)設(shè)備的產(chǎn)品性能，降低了產(chǎn)品成本，提升了企業(yè)開關(guān)設(shè)備的市場競爭力，為我國電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行提供了可靠保障。