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一种GIS绝缘拉杆试验装置的改进方法与分析

2024-06-05 55 上传者：管理员

摘要：为了解决绝缘拉杆试验装置不易装配及绝缘性能检测不准确的难题，对原试验装置进行结构改进，通过高压侧使用可滑动的导体与导电弹簧的连接方式，以及低压侧使用可滑动拉杆配合限位卡块的连接方式，并利用轴密封将可滑动的拉杆延伸到试验装置的外部，以便将绝缘拉杆准确定位在分闸位置或者合闸位置进行试验，进而得到两种状态下的试验结果。实际使用效果表明，该设计方案准确可行，不仅解决了安装难的问题，而且可以准确得到分闸、合闸两种状态下的试验结果。

关键词：
分闸
合闸
导电弹簧
结构改进
绝缘拉杆
装配
试验结果
试验装置
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作为应用最为广泛的开关设备，气体绝缘金属封闭组合电器（GIS）的大规模应用也产生了很多的现实问题，如绝缘拉杆异常问题。绝缘拉杆不仅是断路器或者隔离开关中能量的传递者，同时起着支撑高电位零部件和对地绝缘的作用。通过现场一些事故的原因分析，不难看出绝缘拉杆绝缘性能直接影响到开关的质量。原绝缘拉杆的电性能试验方案如图1所示，绝缘拉杆两端的金属接头分别固定在两个圆形金属板上，外部加屏蔽罩屏蔽住金属接头以及连接螺栓等件，然后水平放置在试验罐体内，一端接电源，一端短接至外壳接地。此种方案存在以下几个问题：(1)整体装配后不易放入水平的试验罐体，且绝缘拉杆易受非正常扭矩损坏；(2)不易与高压端导体对接，且无法保证屏蔽罩与试验罐体的同轴度；(3)通过多个现场绝缘拉杆事故原因分析，发现如果在靠近金属接头附近存在污物或者其他缺陷，若使用此种试验装置，由于爬电距离不符合实际使用情况，则有可能检测不出缺陷而用在产品内部，进而将缺陷带至现场引发事故。所以，准确检测出绝缘拉杆的绝缘缺陷是关键。

图1 绝缘拉杆电性能试验原方案

为了解决以上问题，作者将整体试验装置更改了结构和布置，建模后使用有限元软件进行分析验证，如图2所示，不仅有效地解决试验时装配难、绝缘拉杆受扭矩和测试结果不准确的问题，而且很大程度上提高了工作效率。

图2 绝缘拉杆电性能试验新方案

1、基本结构及功能特点

1.1 基本结构

图2为此种结构的剖视图，试验装置主要由试验罐体、绝缘子、导电触座、屏蔽罩、滑动拉杆、限位装置等部分组成。

整体实验装置调整为竖直方向布置：最外面为试验罐体，上端安装密封盖板；内部依次为绝缘子、过渡板、导电触座、滑动导体、绝缘拉杆、固定板、滑动拉杆；高压端在导电触座与滑动导体之间设置导电弹簧，两者紧密接触，并使用固定在导电触座上的屏蔽罩屏蔽住导电触座、滑动导体、绝缘拉杆高压端的金属接头及连接用件；低压端使用固定在密封盖板上的屏蔽罩屏蔽住绝缘拉杆低压端的金属接头及其连接用件，在密封盖板和滑动拉杆的连接部位设置有限位装置。

组装时可将上盖板所连接的零部件装配在一起，高压端所有零部件组装在一起，最后对接滑动导体和导电触座。即可解决水平不易装入、绝缘拉杆水平放置受扭矩损伤、两屏蔽罩与外壳不同轴的问题。

1.2 功能特点

根据断路器绝缘拉杆的实际使用状态不难发现，不论是分闸状态还是合闸状态，承受电压的部分不是除金属接头外整根绝缘杆，而是处在高压端金属触座圆弧顶端和低压端金属嵌件末端之间的长度为L的一段绝缘杆承受电压（见图3），所以试验时要考虑这两种状态下，绝缘拉杆是否能承受最严格的电压考验。

图3 绝缘拉杆受力承压图

1.2.1 导电弹簧连接

如图4所示，导电触座和滑动导体之间采用了导电弹簧，没有使用传统的梅花触头型式，简化结构、可靠易行，同时降低加工、装配、检修难度。该特点使本试验装置实现了高压端的导体滑动连接。

图4 导电弹簧结构和梅花触头结构电连接

1.2.2 直动密封和限位装置

如图5所示，借鉴了某组合电器分相操作液压弹簧机构的直动密封，其特点是结构简单，易于配设限位装置。采用限位卡块固定滑动拉杆，可以将绝缘拉杆准确定位在分闸或者合闸位置以保持可靠。该特点实现了试验装置低压端的滑动以及整体试验。

图5 状态固定图

2、计算与分析

2.1 尺寸和机构计算

为了与现有试验设备匹配，本试验装置选用500k V组合电器绝缘子作为气室隔板，同时选用500k V母线筒体的直径作为试验筒体的直径。以220k V组合电器断路器分相操作液压弹簧机构配用绝缘拉杆为例，主要设计数据如表1所示。

表1 主要设计数据

屏蔽罩高度、试验罐体长度等零部件尺寸均以表1中尺寸计算得出。

2.2 电场分析

根据原屏蔽结构分析电场，结果见图6，屏蔽罩上端为R20的半圆，最高场强值为23.68k V/mm，虽然满足表2中0.4MPa压力下的基准值，但裕度不够大；通过优化设计，将R20的半圆弧更改为R60的圆弧、R30的圆弧连接，因过顶点后的1/4圆弧对整体电场影响不大，将其更改为R8的圆弧过渡；同时将屏蔽罩的直径由330mm更改为310mm，电场分析见图7。最大场强达到20.35k V/mm。

图6 原屏蔽结构电场分析

图7 新屏蔽结构电场分析

其结果显示，改善后的电场明显优于前者，将屏蔽罩的直径缩小的意义在于，提高试验装置的裕度，将严格的试验环境作用在绝缘拉杆上，才能得到更加准确的试验结果。表2为不同SF6气压时光洁导体场强设计基准值。

表2 不同SF6气压时光洁导体场强设计

2.3 装配效果模拟

通过三维软件对零部件建模、装配，可以有效避免实际加工出来的零部件在装配时出现不匹配的情况。合闸状态如图8所示，分闸状态如图9所示。

图8 合闸状态装配效果图

图9 分闸状态装配效果图

3、工作原理

本试验装置的工作原理见图2。初始状态时滑动拉杆位于最上部，滑动拉杆的下限位槽位于盖板的上方。下压滑动拉杆，滑动拉杆带动绝缘拉杆及导体向下移动，滑动拉杆下限位槽与固定在盖板上的限位装置接触时，限位装置卡住滑动拉杆不再向下移动，此时绝缘拉杆处于分闸状态，见图9，此时可以模拟分闸状态下的绝缘拉杆试验。

试验完成后，切断电源，解除限位状态，继续下压滑动拉杆，滑动拉杆带动绝缘拉杆及导体继续向下移动，滑动拉杆上限位槽被限位装置卡住时，此时绝缘拉杆处于合闸状态，见图8，此时可以模拟合闸状态下的绝缘拉杆试验。

4、实践应用

该试验装置已在绝缘车间使用近半年，使用情况良好，没有出现问题。图10为该试验装置检测出的其中一件缺陷产品图片，分析其原因为靠近金属接头处存在污物，如果采用以往试验方法（整根绝缘杆承受电压），增加了爬电距离，则不会检测出该处的缺陷。

图1 0 被检测出来的缺陷绝缘拉杆

5、结束语

试验装置的使用结果表明，该设计方案准确可行，不仅解决了安装难的问题，而且可以准确得到分闸、合闸两种状态下的试验结果。通过运用Solidworks软件对试验装置的模拟装配，以及使用Ansys软件进行分析验证，保证了试验装置的顺利生产加工并投入使用。且此种设计理念可以推广到其他试验装置或产品结构改进设计中去，以提高零部件的设计质量，缩短产品开发周期，降低产品设计成本。

参考文献:

[1]张仁豫,陈昌渔,王昌长.高电压试验技术[M].北京:清华大学出版社,2002.

[2]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京:中国科学技术出版,2001.

[3]文学,李宏仁.SF6断路器及GIS的现场交流耐压试验[J].四川电力技术,1999(6):4-6,24.

[4]王贻平.GIS现场交流耐压试验技术[J].华东电力,1998(4).

[5]李建基.高压断路器及其应用[M].北京:中国电力出版社,2004.

[6]吴志奇,刘文忠,孔令宇.绥中电厂500kV GIS设备运行中出现的问题[J].电力建设,2005(6):55-56.

文章来源:邓东印,柳如见,赵宁波.一种GIS绝缘拉杆试验装置的改进方法与分析[J].电器工业,2024(06):28-31.