(南方电网超高压输电公司梧州局)
摘要:针对某变电站在停电检修维护作过程操中发现500kV隔离开关导电盘支架严重开裂现象,笔者对隔离开关连轴节结构进行研究,并分析导电盘支架开裂原因与其材质的关系,提出隔离开关改进的可行性以及各运行维护局的现行维护建议。
关键词:隔离开关;连轴节;导电盘;导电触子;开裂;结构改造。
Analysis of cracking of conductive plate support for 500kV Electric Isolator
MA Chongjie
(Southern Power Grid EHV Transmission CompaniesWuzhou branch)
Abstract:In view of the process of power failure inspection and maintenance in a substation,it is found that the 500kV electric isolator is seriously cracked,the electric isolator coupling structure is studied,the relation between the cause of cracking and the material of the tray is analyzed,Put forward the feasibility of improving the isolating switch and the current maintenance suggestion of the operation maintenance bureau.
Key words:isolator;Coupling;Conductive disk;rolling contact;Conductive contact;Crack;Structural modification。
0.引言
某变电站在停电检修维护作过程操中,检修人员对500kV第二串联络50221隔离开关进行常规传动操作,在隔离开关进行分合闸过程中,C相连轴节的导电盘脱落。现场检查发现5021DK1刀闸B相、50221刀闸B相、50212刀闸C相均存在导电盘支架严重开裂。工作人员从不同厂家、同类型的隔离开关的连轴结导电支架材质去分析,找出导电支架脱离或导电盘支架开裂原因,分析制定后续措施,现予以介绍。
1.隔离开关连轴节结构介绍
隔离开关连轴节主要由静触座、导电触子、防雨罩、触子弹簧、端盖和导电支架组成。其中静触座与导电箱体固定相连,导电支架与端盖固定相连,静触座与导电支架之间通过导电触子进行活动连接。其运动过程为:传动轴通过传动臂带动导电支架环绕静触座旋转,依靠触子弹簧固定在导电支架端部圆孔内的导电触子随导电支架一同绕经触座进行旋转运动,分合闸运动仅仅是方向不同,运动方式一样。正常通流时,电流方向是:导电箱体→静触座→导电触子(在导电罩中,图中未给出)→导电支架→导电管。(备注:导电支架在导电盘里,整个导电盘包括导电触子、防雨罩、触子弹簧和导电支架)
2.导电盘支架开裂原因分析
此次出现故障的隔离开关型号为GW11-550,属于老结构产品。此次出现故障的GW11-550型隔离开关导电连接部位为接触盘结构。
该结构导电盘在长时间运行后,容易发生疲劳失效,在低于材料抗拉强度的交变应力持续作用下,微裂纹形核,并逐渐演化成宏观裂纹以及裂纹扩展而最终导致构件失效的过程。根据此次的现场检查情况,断裂痕迹符合该状况。而且,原有产品的接触盘结构还存在着密封性不高、灰尘容易进入的状况,户外的长期使用中,导电触子容易积灰,引起导电盘发热,使得导电盘支架因烧损而开裂。
图3 导电盘支架开裂痕迹
该单位将更换下来的导电盘送到广西塑料研究所,利用光谱仪进行检测,目前该批次隔离开关的导电盘材质Styrene/Acrylonitrile Copolymer 32%(ABS塑料的一种),备件材质为PBT塑料。而该站使用的平高同类型产品的导电盘材质为尼龙6,有材质差异。问询西开厂家的技术人员,在2004年技术改型之前,该类型隔离开关导电盘的材质为ABS塑料。2004年技术改型之后,均使用FR-PBT塑料。
ABS塑料的主体是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物,丙烯腈提供耐热及抗化性,丁二烯提供韧性及耐冲击性,苯乙烯提供挺性及加工性,三种组分的比例不同,其性能也随之变化。优点为尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。缺点为热变形温度较低,可燃,耐候性较差。
PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)是一种热塑性聚酯,非增强型的PBT与其它热塑性工程塑料相比,加工性能和电性能较好,目前被广泛应用于电子、电气和汽车工业中。具有吸水率低、电气性质优良、尺寸安定性良好等优点。
尼龙6(聚已内酰胺),具有优良的耐磨性和自润滑性,耐热性和机械强度较高,低温性能优良,能自熄、耐油、耐化学药品,弹性好,冲击强度高,耐碱性优良,耐紫外线和日光。缺点是收缩率大,尺寸稳定性差。工业上可用于制造轴承、齿轮、滑轮、传动皮带。
将各种材质进行对比,情况如下:
(1)ABS与PBT
同级相比,PBT在耐温,耐电方面均远远高于ABS,而且PBT的强度和韧性方面也优于ABS,但PBT加工比ABS困难的多。尽管PBT的抗冲击强度不良,但可以通过增补玻璃纤维的加工方式提升其性能,目前西开使用的FR-PBT材料就是PBT的玻纤补强型材料。因此,改进后的导电盘支架材料比原先的导电盘材料有显著的物理特性与化学特性,能在更严苛的工况下保持稳定性。
(2)ABS与尼龙6
可查阅的资料显示,ABS的熔点为170℃,抗拉强度为21-63MPa,抗压强度为18-70 MPa;而尼龙6熔点为210-230℃,抗拉强度为51-78MPa,抗压强度为60-90 MPa。各项性能指标中,尼龙6均优于ABS。表明当前某站的平高同类型产品存在较小的安全隐患。
综合以上导电盘结构和材质的分析,认为此次缺陷故障的发生原因为,GW11-550型隔离开关属于老结构产品,采用的接触盘导电结构在长达十年的运行后,容易持续受力而疲劳失效,且生产时采用的ABS塑料性能参数相对较弱,导电盘支架老化开裂,最终导致构件失效。
图4 改进后的隔离开关
3.隔离开关改进可行性
导电连接采用软连接结构更为紧固,结构也相对简单,接触电阻小,可靠性高。西开厂家的技术人员也建议对超过10年的产品,可以更改为软连接。根据产品通流,首先确定软连接的层数与厚度;根据产品导电的运行轨迹,计算出软连接层间长度及弯曲角度。最后将软连接接头用螺栓与导电部分固定连接,产品导电运动时,软连接部分随导电弯曲,不会增加合、分闸的阻力。
进一步问询西开厂家得知,该方法不影响隔离开关的整体结构,因此厂家未开展特殊的力学测试或仿真进行验证,参照该型号产品的型式试验,可视为满足要求。南方电网公司所辖的500kV桂林变电站与500kV南宁变电站的部分隔离开关为西开2007年生产的该类型产品,在保持原导电闸刀结构不变的情况下,通过安装连板和螺栓加装软连接。可作为可行性研究的一个重要参看依据。
4.措施建议
(1)建议该变电站对未完成导电盘支架更换的隔离开关进行每月红外测温,重点关注基座处和连轴节处温度,确认是否异常,在日常巡视中重点关注导电盘有无开裂趋势。对已完成导电盘支架更换的5021DK1、50212、50221隔离开关运行情况进行跟踪,确认更换的FR-PBT材质导电盘支架具备更好的性能指标。
(2)建议各运行局对现有的隔离开关开展普查,从外观上判定其结构是否为接触盘或软连接,并对于投运时间超过10年的导电盘结构隔离开关进行重点关注,巡视检查导电盘的外观有无开裂情况。
(3)就该变电站6组GW11-550型隔离开关的改进方式开展充分探讨,在原GW11-550隔离开关产品的基础上进行改进,最大可能的改进原结构产品的不足之处。可将连轴节和基座部位的接触盘结构改为软连接结构,由过去零部件的面滑动、滚动接触改进为固定接触,完全避免此类产品经过一段时间的运行增大产品的操作力,确保分、合闸及接触的可靠性。
该改进方法需要分别重新加工带软连接的导电基座、联轴节等部件,可在现场进行更换。具备维修成本低,更换时间短的优点,但也要考虑现场更换难度较大的情况,可能有无法预期的问题产生。
论文作者:马崇杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
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