組合電器設(shè)計

1、談?wù)凣CB/GIS的可靠性設(shè)計我國高壓、超高壓和1000kV特高壓GCB/GIS近年來令人振奮的進步，為建設(shè)堅強電網(wǎng)、西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)做出了重要貢獻。我們在為技術(shù)進步歡欣鼓舞時，更應(yīng)傾聽使用部門要求進一步“改進和提高現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量”的呼聲1，為支持國家智能電網(wǎng)建設(shè)，要求GCB/GIS具有更高的運行可靠性和更先進的技術(shù)性能。產(chǎn)品運行可靠性取決于產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、制造質(zhì)量和使用維護水平，是供需雙方共同努力的課題。應(yīng)特別強調(diào)的是，GCB/GIS制造質(zhì)量首先決定于其設(shè)計質(zhì)量。設(shè)計不可靠，造不出可靠的產(chǎn)品，更不能期盼產(chǎn)品運行的可靠性。GIS在運行間隔數(shù)較多的西安西電開關(guān)電氣有限公司和新東北電氣（沈陽）高壓

2、開關(guān)有限公司產(chǎn)品在運行中，表現(xiàn)了較好的運行可靠性（平均故障率分別為0.084次/百間隔×年和0.101次/百間隔×年）2。但是，不是所有GCB/GIS制造者都重視產(chǎn)品設(shè)計可靠性；否則，就不會讓一些設(shè)計可靠性不高的產(chǎn)品至今還在某些企業(yè)生產(chǎn)。也不是GCB/GIS所有的使用方都注意到了這個問題；否則，就不會出現(xiàn)不研究產(chǎn)品設(shè)計可靠性，見洋品牌就慷慨解囊的不正?，F(xiàn)象。希望本文能引起制造與使用雙方有更多的人來關(guān)注GCB/GIS的設(shè)計可靠性。制造方從改善設(shè)計入手，從根基上提高產(chǎn)品的運行可靠性。使用方也應(yīng)從了解研究產(chǎn)品設(shè)計可靠性入手，去優(yōu)選產(chǎn)品（而不囿于市場價位），以獲得較高的運行可靠性。

3、1. 從GCB/GIS常見事故看可靠性設(shè)計的重點根據(jù)國家電網(wǎng)公司的調(diào)查統(tǒng)計資料2，GCB/GIS的運行質(zhì)量問題主要集中在126252kV的產(chǎn)品，故障部位主要分布在GIS中的斷路器（CB）及隔離開關(guān)（DS）、接地開關(guān)（ES）等可動元件間隔，CB主要集中在操作機構(gòu)和內(nèi)絕緣部位1、3。與產(chǎn)品設(shè)計制造有關(guān)的質(zhì)量問題是：1.1 GIS內(nèi)絕緣問題GIS內(nèi)部“絕緣問題是造成組合電器故障的主要原因”，20032008年，國網(wǎng)共發(fā)生GIS“絕緣事故24次，占事故總數(shù)的72.7%”。2(1) GIS內(nèi)絕緣損壞“最常見的是盆式絕緣子沿面放電”。此外，在“GIS的PT、避雷器氣室是發(fā)生故障和缺陷較為集中的部位”，文2

4、分析：“PT與避雷器等間隔無法進行耐壓試驗，造成部分缺陷隱患未能及時發(fā)現(xiàn)”。華北電力科學(xué)研究院在文4中也指出“xxxxxx的220kVGIS現(xiàn)場交接耐壓時有幾個絕緣盆表面閃絡(luò)”。(2) 作者在西安高壓電器研究院試驗站還見到該類GIS中斷路器的絕緣操作棒在短路開斷試驗中出現(xiàn)沿面放電。(3) 在談及產(chǎn)品內(nèi)絕緣故障時，文3還特別指出某些罐式斷路器T·GCB內(nèi)部“絕緣設(shè)計裕度較小，產(chǎn)生異物后容易在絕緣薄弱處發(fā)生放電”，在國網(wǎng)公司系統(tǒng)運行的550kVT·GCB共發(fā)生“內(nèi)部放電故障16臺次”。在文2中也統(tǒng)計了同樣的故障。(4) 某些GIS在追求小型化設(shè)計中，犧牲內(nèi)絕緣的設(shè)計裕度。作者了

5、解到某些國外產(chǎn)品因滅弧室斷口絕緣設(shè)計裕度小在分閘帶電備用時CB斷口發(fā)生擊穿的故障。(5) 導(dǎo)致GIS內(nèi)絕緣破壞的另一類原因是：電接觸設(shè)計失誤引發(fā)絕緣事故。文2在呼吁提高產(chǎn)品制造質(zhì)量時，指出某500kV GIS的母線間隔氣室中的母線“觸頭座沒有加裝限位止釘，在電動力作用下，B相母線導(dǎo)體相對位移變化較大，造成盆式絕緣子靜觸頭觸指與導(dǎo)電桿松脫，導(dǎo)致導(dǎo)電桿與屏蔽罩、筒壁的安全距離不夠引發(fā)放電”。作者在西安試驗站也觀察到觸頭無定位裝置，在短路開斷試驗時由于電動力作用導(dǎo)致導(dǎo)電桿位移、觸指接觸不良、接觸點產(chǎn)生電火花、最終引發(fā)對地（外殼）放電（觸頭電火花破壞了對地氣隙絕緣，承受不了短路開斷時的工頻恢復(fù)電壓）。

6、1.2 SF6泄漏問題據(jù)文1統(tǒng)計近5年來在全部GIS的嚴(yán)重缺陷中，“SF6漏氣缺陷所占比例最高，共發(fā)生87間隔·次，約占嚴(yán)重缺陷的23%”，據(jù)作者觀察某些漏氣與產(chǎn)品密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不良有關(guān)。1.3 GIS氣室劃分不合理電科院在文3中對某220kVGIS把三相母線與隔離開關(guān)劃為一個相通的氣室表示不滿。因為，在雙母線布置的GIS電站，當(dāng)某一母線發(fā)生故障要停電抽氣檢修時，因該母線隔離開關(guān)斷口的一端與另一母線電氣連通（帶高電壓），故障母線檢修抽氣時，SF6氣壓下降，文2警告“可能發(fā)生隔離斷口擊穿或?qū)Φ負(fù)舸┑氖鹿省榱吮ＷC安全，運行部門只能采取兩條母線全部同時停電的方式進行故障側(cè)的檢修工作”?？梢?/p>

7、，一個不良的設(shè)計，會對GIS的使用帶來多大的麻煩。1.4 CB操動機構(gòu)及傳動裝置的質(zhì)量CB操動機構(gòu)問題較多地集中在液壓機構(gòu)，尤其是252kV CB配用的液壓機構(gòu)最為突出。文3指出“據(jù)統(tǒng)計，252kV斷路器共發(fā)生強迫停運271次，屬于操動機構(gòu)及其傳動環(huán)節(jié)原因就有167次，占61.7%，其中液壓機構(gòu)137次，氣動機構(gòu)27次，彈簧機構(gòu)3次”。問題最突出的是液壓機構(gòu)，其集中表現(xiàn)是滲油、漏油。1.5 GIS局部放電的監(jiān)測GIS局部放電監(jiān)測對GIS運行可靠性的影響甚大。局放監(jiān)測分：用內(nèi)置傳感器在線監(jiān)測和用便攜式儀器在GIS體外監(jiān)測兩種方法。有的GIS產(chǎn)品兩種方法結(jié)合使用，有的只用一種（內(nèi)置傳感器在線監(jiān)測）

8、。陜西省電力試驗研究院在文5中談到：“內(nèi)置式傳感器位置固定，數(shù)量不多，因此不能做到處處都監(jiān)測到，曾發(fā)生過用在線內(nèi)置監(jiān)測設(shè)備（GIS）還發(fā)生閃絡(luò)爆炸的事故。因此內(nèi)置的固定在線監(jiān)測設(shè)備和便攜的移動檢測設(shè)備也是互為補充的關(guān)系。并非使用某一種檢測手段就能包打天下，解決全部問題。”用戶的這些使用經(jīng)驗，值得GIS設(shè)計者重視。上述信息表明，GCB/GIS的主要運行質(zhì)量問題集中在內(nèi)絕緣、氣密性和機構(gòu)，其次是氣室劃分、局放監(jiān)測等在線監(jiān)測方面。這些問題中，有些在型式試驗時沒有反映，為什么在運行時又出現(xiàn)了問題呢？除了現(xiàn)場安裝調(diào)試不當(dāng)?shù)脑蛑?，也包括GCB/GIS批量生產(chǎn)時加工質(zhì)量不穩(wěn)定和GCB/GIS可靠性設(shè)計不

9、良的因素。下面對GCB/GIS的可靠性設(shè)計進行分類剖析，供大家在完善GIS可靠性設(shè)計時參考。2盆式絕緣子的可靠性設(shè)計2.1 盆式絕緣子可靠性設(shè)計中的種種失誤GIS內(nèi)絕緣破壞較突出的表現(xiàn)是盆式絕緣子沿面閃絡(luò)，其原因除GIS組裝和現(xiàn)場安裝時表面污染之外，主要是下述種種不良設(shè)計造成盆子絕緣能力臨界或潛藏絕緣不穩(wěn)定的隱患。 沿面爬電距離設(shè)計不足爬電距離設(shè)計臨界時，如果無不良的組裝因素和運行時附著導(dǎo)電粒子的干擾，該盆子基本上能安全運行；可是，上述兩方面的干擾是很難完全避免的，這些干擾是誘發(fā)盆子運行時發(fā)生沿面閃絡(luò)的原因。 盆子兩端電極形狀設(shè)計不良有些GIS殼體與盆式絕緣子接觸處（殼體法蘭）的圓角R1和帶電

10、部分圓角R2（見圖1）的尺寸設(shè)計過小，其值與產(chǎn)品的額定電壓等級和它應(yīng)具備的絕緣能力極不相稱，圓角R1與R2尺寸過小時場強偏高，如果再加上盆子表面爬電距離也偏小，盆子表面場強必然偏高，在遇到過電壓時會產(chǎn)生較大的局部放電，甚至發(fā)展為相間或?qū)Φ匮孛骈W絡(luò)。 對楔形氣隙的不理解或處理不當(dāng)GIS盆式絕緣子或其它絕緣件在電極固體絕緣SF6氣體三交區(qū)構(gòu)成楔形氣隙的危害，作者在26年前通過電場計算分析已公開轉(zhuǎn)告同行，以后又多次提醒設(shè)計者重視（見文6節(jié)），直至近日作者在真空浸漬絕緣件設(shè)計要領(lǐng)中還在強調(diào)處理楔形氣隙的重要性7。之所以反復(fù)強調(diào)，是因為它的影響大而有時具有隱蔽性而被人忽視。楔形氣隙明顯時，會導(dǎo)致產(chǎn)品高壓

11、絕緣試驗失?。恍ㄐ螝庀恫皇置黠@時它的影響常帶有隱蔽性。它可以避過產(chǎn)品型式試驗或出廠試驗的考核，但在現(xiàn)場安裝時清潔度稍不小心其影響就暴露，或以局部放電逐步發(fā)展的方式在GIS運行一段時間后釀成內(nèi)絕緣事故。作者發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)外某些公司至今還有設(shè)計人員對它的不良影響不理解或處理不當(dāng)，給GIS的運行帶來內(nèi)絕緣設(shè)計隱患，現(xiàn)將近年來見到的分述如下。（1）對楔形氣隙不理解、不處理如圖1所示，這樣不處理楔形氣隙的設(shè)計（殼體法蘭與盆式絕緣子法蘭平面的間隙1=0，觸座與盆子嵌件處的平面間隙2=0），雖然在20多年前，國內(nèi)外有些公司已作糾正。但至今國內(nèi)外仍有些公司的GIS盆式絕緣子上，還保留著這種錯誤的設(shè)計。在產(chǎn)品的

12、絕緣試驗中，已觀察到絕緣性能的不可靠或不穩(wěn)定性。圖1.盆式絕緣子上未處理的楔形氣隙（1=0，2=0）圖1.是某110kVGIS盆式絕緣子的結(jié)構(gòu)設(shè)計（局部）。圖中R1=8mm，R2=10mm。該結(jié)構(gòu)的電場計算表明，在楔形氣隙中的觸頭座R2上施加±550kV時，場強高達72.650kV/mm，殼體法蘭R1處場強為44.517 kV/mm（見圖2），R2處盆子表面為36.878kV/mm，R1處盆子表面場強為21.163 kV/mm（見圖3），都大大超過了SF60.5MPa時電極允許值E1=29 kV/mm、殼體允許值E5=15kV/mm及盆子表面允許值E =E1/2=14.5 kV/mm

13、（參見文6表4-1及表6-1）。數(shù)值依次是：72.65、44.517、72.454、30.225圖2.盆式絕緣子上楔形氣隙中的高場強圖3.楔形氣隙處盆子表面場強（2）楔形氣隙處理不當(dāng)（1）R1、1及R2偏小如圖4所示，在盆子絕緣體的法蘭面上設(shè)計的凹槽太淺，該設(shè)計因槽深不夠（1=1），圓角R1也很小，楔形氣隙不良影響的隱患依然存在。這樣的不當(dāng)設(shè)計也存在于國外某些公司的252kVGIS的盆式絕緣子上（圖4示處其局部結(jié)構(gòu)），并經(jīng)國內(nèi)某些公司盲目效仿制造用于電網(wǎng)，雖然其試品通過了型式試驗的驗證，由于無設(shè)計裕度，零部件制造質(zhì)量和組裝質(zhì)量稍有波動就會出現(xiàn)問題：該產(chǎn)品在出廠試驗時和現(xiàn)場安裝后的交接試驗時，曾

14、發(fā)生過盆子放電現(xiàn)象。下面的電場計算結(jié)果表明了這種故障存在的必然性。圖4.楔形氣隙處理不當(dāng)（1）R1、1及R2偏小當(dāng)R1=4、1=1、R2=10、2=3時，在±1050kV電壓下，R2處計算場強達到27.294kV/mm，附近盆子表面為13.752 kV/mm，R1處為14.919 kV/mm（見圖5及圖6）。都已很接近允許值14.5kV/mm（盆子表面）和15 kV/mm（殼體R1上），制造中稍有疏忽（如R1圓角尺寸及表面狀況的不良），就會出問題。圖5.在圖4中R1、1及R2偏小時場強計算值圖6.盆式絕緣子（圖4）上表面電場分布(3)楔形氣隙處理不當(dāng)（2）殼體法蘭帶凸臺如圖7所示，有

15、的GIS盆式絕緣子在與殼體接觸的法蘭面上不設(shè)凹槽，而在殼體法蘭上設(shè)凸臺（3），盆子法蘭面與盆式絕緣子的金屬外圈平面間留有微小的澆注間隙0。該設(shè)計形式上看，在三交區(qū)不存在楔形氣隙了，但是，凸臺上的尖角以及間隙0都使該區(qū)域場強增大，導(dǎo)致該盆式絕緣子在高壓試驗和短路開斷試驗中多次沿面閃絡(luò)燒壞。圖7.楔形氣隙不當(dāng)（2）殼體法蘭帶凸臺3這不是偶然現(xiàn)象，電場計算表明殼體凸臺處場強值很高（550kV下為Eb=34.527kV/mm，超過了允許值E1=29 kV/mm，見圖8右下角）。此處絕緣子表面場強也很大Eb=19.953 kV/mm（見圖9），超過了SF6 0.5Mpa時的允許值E=E1/2=14.5

16、kV/mm。作者就圖7的設(shè)計，多次改變殼體法蘭凸臺的尺寸和凸臺尖角處的形狀，該處場強計算結(jié)果都很高，找不到符合要求的設(shè)計。與圖7類似的設(shè)計如不認(rèn)真處理，必殃及用戶。圖8. 殼體法蘭凸臺上的高場強圖9. 如圖7所示絕緣盆子下表面場強圖(4)在盆子-觸頭座之間留下楔形氣隙隱患間隙2太小見圖10，在觸頭座與盆子嵌件相接處，嵌件凸出高度與觸頭座定位槽深配合不當(dāng)，至使觸頭座底面與盆子嵌件處的絕緣體頂面間的設(shè)計縫隙2過小（21），而且間隙2沒有嚴(yán)格的加工公差約束，觸頭座槽深尺寸變化大，當(dāng)槽深正超差較多時，間隙2有的竟小到近于零，而形成楔形氣隙，至使此處的絕緣件表面場強偏高。該盆子在雷電沖擊耐受電壓下和短路

17、開斷時的工頻恢復(fù)電壓下多次閃絡(luò)，此處絕緣體表面觀察到明顯的電弧燒痕這里，再次讓我們看到了楔形氣隙的不良影響。圖10. 2太小構(gòu)成楔形氣隙隱患2.2 盆式絕緣子可靠性設(shè)計要領(lǐng) 有足夠的沿面爬電距離“足夠”的爬電距離尺度不能僅用型式試驗來把握。因為型式試驗時被試體是一個全新的試品，而運行的產(chǎn)品可靠性要受到產(chǎn)品制造時質(zhì)量監(jiān)控的不穩(wěn)性、產(chǎn)品安裝時的種種意外不良因素和投運后盆式絕緣子運行條件的種種變化（SF6濕度、金屬微粒的附著）的影響，故在產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)考慮到這些不良干擾。適當(dāng)?shù)卦龃笈枋浇^緣子的表面爬電尺寸（參見文6的表6-3），有助于增強盆式絕緣子的抗干擾能力，以提高其運行的可靠性。 注意盆式絕緣子兩

18、端電極形狀優(yōu)化設(shè)計盆式絕緣子兩端電極形狀、爬電距離以及盆子形狀的設(shè)計均應(yīng)通過電場計算來確認(rèn)其合理性（參見文6表6-1）。為使盆式絕緣子整體尺寸不大，而又能在盆式絕緣子表面和兩端電極上得到較低的場強，必須對兩端電極形狀（以及對盆式絕緣子形狀）進行優(yōu)化設(shè)計。在電極形狀優(yōu)化設(shè)計中，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是簡單地改變電極圓角的大小，或由幾種大小不同的圓角組合成一個場強較低的電極曲面。有時，這些辦法仍不令人滿意時，還可以采用曲率變化較緩的橢圓形電極曲面，可避免電場等位線的急驟變化，以獲得最佳電場分布和最低的電極場強。 消除楔形氣隙的有效方法消除楔形氣隙的正確設(shè)計是在盆式絕緣子法蘭平面（絕緣體）上開槽，槽深1&#

19、179;3，槽外徑應(yīng)避開殼體法蘭圓角R1后與殼體法蘭平面相交；觸座與盆式絕緣子間隙2³3，見圖11。我們關(guān)心的觸頭座場強Ea、盆式絕緣子對應(yīng)點表面場強Ea、殼體法蘭場強Eb及對應(yīng)點盆式絕緣子表面場強Eb在不同1及2間隙時的計算場強列于表1，計算電場分布見圖12及圖13（取其一側(cè)，1=4和5，2=4和5）。表1所列數(shù)據(jù)是在圖11中R1、R2、D2不變的條件下計算而得，隨1及2增大，各處場強都在下降。當(dāng)1（2）³3mm時，各處場強較低（符合設(shè)計要求），且隨1（2）增長場強下降減緩。因此，取1（2）³3mm較好。表1.在不同間隙1、2時各點場強計算值 kV/mm1、2/

20、mmEaEaEbEb129.74116.54617.2859.915222.12911.79313.4989.296319.3459.62711.9436.117418.7148.25611.3245.213518.2228.03810.9085.021計算時輸入試驗電壓±550kV，SF6 0.5MPa時，Ea=29kV/mm，Ea=14.5 kV/mm，Eb=15 kV/mm，Eb=14.5 kV/mm。圖11.消除楔形氣隙的盆式絕緣子的正確設(shè)計（1³3，2³3）數(shù)值依次是：18.714、11.324、18.222、10.908圖12.當(dāng)圖11中1、2為4mm

21、（盆子上部）和5mm（盆子下部）時電場分布圖13.如圖11所示絕緣盆子上表面電場圖（1=4，2=4）3. CB絕緣操作桿可靠性設(shè)計CB絕緣操作桿需承受很大的合、分閘操作沖擊力，因此推薦采用機械強度高而重量輕的真空浸漬環(huán)氧玻璃絲管；若用環(huán)氧樹脂澆注件，要特別注意機械強度設(shè)計的可靠性，應(yīng)留有充足的設(shè)計裕度。特別強調(diào)的是，金具與絕緣管的連接方式。多年的制造經(jīng)驗表明，各種螺紋聯(lián)接均不理想。但合理的毛面粘接可獲得很大的結(jié)合力，而具有很高的強度設(shè)計裕度，且在制造過程中可以進行例行強度試驗，可對每一根操作桿的制造質(zhì)量進行監(jiān)控7。為保證CB絕緣操作桿運行的可靠性，當(dāng)桿的最大操作力為Pm時，其破壞試驗拉力宜取4

22、Pm，及例行試驗拉力宜取2Pm。與盆式絕緣子設(shè)計一樣，也要重視真空浸漬管與兩端金具（接頭）連接處的楔形氣隙的處理，同時要重視兩端金具形狀的設(shè)計（詳見文7）。CB操作桿在進行其電氣可靠性設(shè)計時還應(yīng)注意的是，在短路開斷時從滅弧室排除的熱氣流（金屬蒸汽及導(dǎo)電粒子流）對操作桿表面絕緣的惡劣影響。故此，應(yīng)從改變氣流方向、減少排氣干擾等方面采取措施，以減少對絕緣操作桿的這種影響。尤其是那些在型式試驗中已暴露了熱氣流燒傷拉桿的產(chǎn)品，更應(yīng)重視糾正其不良設(shè)計。GIS中的隔離(接地)開關(guān)操作桿可靠性設(shè)計時也應(yīng)參照斷路器絕緣操作桿的設(shè)計要求，予以認(rèn)真處理。4. CB罐徑及罐布置方式與內(nèi)絕緣可靠性設(shè)計電科院在文3中指

23、出，某些斷路器“由于罐體絕緣設(shè)計裕度較小，產(chǎn)生異物后容易在絕緣薄弱處發(fā)生放電”。GIS-CB和罐式SF6斷路器T·GCB在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有一特點：即滅弧室?guī)щ婓w（屏蔽罩或觸頭支持件）對外殼筒壁的絕緣距離L1要比帶電體對圓筒端頭法蘭間的距離L2小很多(L22.5L1)。滅弧室與殼體內(nèi)壁之間構(gòu)成一同軸圓柱形電場，稍有金屬微粒出現(xiàn)（如在開斷時電弧燒蝕的觸頭銅粒及銅蒸汽凝聚物、滅弧室中運動件、傳動件磨損下落的金屬微粒、鍍銀件磨損物、裝配不潔帶入金屬件殘留切削等），在電磁力作用下集聚，將引起的局部電場畸變而誘發(fā)絕緣故障。由於距離L2較大，殼體端面法蘭處的電場較低，當(dāng)殼體采用立式設(shè)置時，在處于端部的

24、法蘭面上如有金屬微粒，對電場分布的不良影響相對較小，因此殼體內(nèi)部放電多發(fā)生在殼體臥式布置且殼體直徑偏?。▋?nèi)絕緣設(shè)計裕度不足）的斷路器。從以上分析可見，提高罐式斷路器（包括GIS-CB）對地絕緣設(shè)計可靠性的辦法是：(1) GIS-CB的殼體應(yīng)盡量采取立式布置；(2) T·GCB和GIS-CB的殼體必須臥式布置時，應(yīng)增大滅弧室與筒壁間的氣隙絕緣設(shè)計裕度，應(yīng)取足夠的內(nèi)壁直徑，不能為追求外形小尺寸而降低內(nèi)絕緣的可靠性。國外某550kV罐式斷路器幾十年成功的運行經(jīng)驗證明：為避免滅弧室對殼體內(nèi)壁放電，適當(dāng)?shù)卦龃髿んw直徑設(shè)計是必要又可行的。5. GCB滅弧室斷口絕緣可靠性設(shè)計GCB滅弧室斷口絕緣設(shè)

25、計有兩項任務(wù)：一是在短路開斷時要保證斷口有可靠絕緣能力、確保開斷任務(wù)的完成；二是在GCB分閘一端帶電備用時，斷口應(yīng)有可靠的絕緣能力，承受電網(wǎng)中各種過電壓的沖擊。5.1消除短路開斷時熱氣流對斷口絕緣的影響在短路開斷時，從滅弧室內(nèi)有大量熾熱氣流（帶著觸頭熔化的金屬蒸汽和導(dǎo)電粒子）從噴嘴沖出，某些產(chǎn)品因熱氣流排放導(dǎo)流裝置設(shè)計不良，常發(fā)生熱氣流從噴嘴中沖出后又返回主觸頭斷口間，而破壞了斷口絕緣，并在弧觸頭開斷電弧熄滅后，主斷口在工頻恢復(fù)電壓下被擊穿，導(dǎo)致開斷失敗。多種產(chǎn)品都發(fā)生過類似的開斷故障，這說明了合理的熱氣流導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計十分重要。常用的設(shè)計方法是：(1) 利用導(dǎo)流套限制（或改變）開斷熱氣流的方向

26、，阻止熱氣流返回滅弧室主觸頭斷口空間。(2) 合理設(shè)計靜主觸頭的屏蔽，既可改善主斷口電場分布，又能對熱氣流進行有效地冷卻和疏導(dǎo)，而使主斷口所處區(qū)域空間的SF6氣體不受熱氣流污染。(3) GCB斷口兩端元件若以環(huán)氧玻璃布筒絕緣件相聯(lián)時，要慎用耐電弧燒蝕的聚四氟乙烯護套。如果在工藝上不能使護套與筒內(nèi)壁緊密聯(lián)成一體，在護套與筒件內(nèi)壁間必存在小縫隙，縫隙內(nèi)藏SF6氣體（構(gòu)成絕緣體內(nèi)的氣隙），使絕緣筒內(nèi)表面場強增大，形成顯著的局部放電或遭電網(wǎng)過電壓沖擊時沿筒內(nèi)壁閃絡(luò)。斷口支持絕緣筒內(nèi)壁不用聚四氟乙烯護套更簡單可靠。為此要：優(yōu)化兩端金具的電極形狀設(shè)計，盡量降低場強；增大絕緣筒內(nèi)壁沿面閃絡(luò)距離；增大絕緣筒內(nèi)

27、壁與滅弧室間的徑向間距尺寸，減小絕緣筒內(nèi)壁接觸高溫氣體的機會；合理設(shè)計短路開斷時的熱氣流排放導(dǎo)流裝置，使斷口絕緣筒不受熱氣流干擾。5.2提高斷口絕緣設(shè)計裕度鑒于國內(nèi)外某些斷路器在分閘帶電備用時遭過電壓襲擊而發(fā)生斷口放電的教訓(xùn)，為提高GCB斷口絕緣設(shè)計可靠性，應(yīng)注意以下幾個設(shè)計要點：(1) 足夠的開距是保證斷口可靠絕緣性能的基本條件。在機構(gòu)的操作功比較充足時，刻意減小開距是無意義的，既不利于開斷性能也不利于斷口絕緣。為追求小尺寸而犧牲斷口絕緣裕度是不可取的。(2) 優(yōu)化斷口電極形狀設(shè)計，盡量降低場強，使斷口承受極限耐受電壓時有充足的絕緣裕度。作者曾將一滅弧室斷口兩端電極形狀進行優(yōu)化設(shè)計改造后，在

28、將SF6氣壓降低0.1MPa之后，還使斷口絕緣能力比原設(shè)計更高，充分說明斷口電極形狀優(yōu)化設(shè)計的必要性（參見本文第節(jié)）。6. GCB/GIS密封可靠性設(shè)計6.1 SF6密封結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計要點GCB/GIS的氣密性是否可靠，首先決定于密封結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。在文6第10章中所敘述的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計要領(lǐng)，是我國對SF6氣密性十多年研究試驗的結(jié)晶。下面簡述的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，已經(jīng)歷了數(shù)以萬計的產(chǎn)品20多年生產(chǎn)和運行的考驗：(1)單層O形圈配矩形密封槽適用于靜密封結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)靜密封O形圈壓縮率為25%（金屬-金屬密封面）和30%（瓷件-金屬密封面），輔助密封采用側(cè)面密封結(jié)構(gòu)，O形圈壓縮率12%；(3)金屬

29、密封面表面粗糙度Ra3.2m，保留同心圓切削刀紋。瓷面Ra1.6m，磨削瓷粉必須清擦干凈；(4)CB傳動軸轉(zhuǎn)動密封可用唇形橡膠圈，三圈聯(lián)用（參見文6圖10-6），兩圈和單圈使用的效果不好，唇形圈組裝方向必須符合文6第節(jié)要求，不能隨意設(shè)置。轉(zhuǎn)動和直動密封還可采用X形動密封圈（兩只聯(lián)用較好），密封圈及密封槽的設(shè)計參見文6第節(jié)。6.2 橡膠材質(zhì)的選擇運行產(chǎn)品有的在投運初期氣密性良好，運行時間不長就出現(xiàn)明顯泄露。多數(shù)原因是橡膠材質(zhì)不良（壓縮永久變形率太大）、橡膠彈性明顯下降所至。選擇橡膠的材質(zhì)，要善于透過各種耀眼的商業(yè)炫語，抓住我們最關(guān)心的性能指標(biāo)在不同壓縮狀態(tài)下的永久變形率，讓數(shù)據(jù)說話。在國內(nèi)外眾多

30、的SF6電器用密封橡膠中，國產(chǎn)HX807改性三元乙丙膠是其中的佼佼者。它的壓縮永久變形率很低（壓縮25%、100×22h后永久變形510%）；低溫-50時氣密性好；長期連續(xù)允許使用溫度高（+80），使用壽命長（20年以上），經(jīng)80×5000h壽命試驗后充入0.8MPa SF6 24h后檢漏，年漏氣率僅0.022%；經(jīng)充He氣2.66MPa×24h后檢查O形圈外表面無氣泡，截斷面無氣孔，氣密性優(yōu)良。HX807橡膠的優(yōu)異性能源于對原材料品質(zhì)的認(rèn)真挑選和混煉工藝的嚴(yán)格控制。它是GCB/GIS靜密封圈的首選材料。已在我國高壓電器行業(yè)廣泛使用十多年，使用情況良好。HX807

31、屬三元乙丙膠，不耐油，使用時應(yīng)注意不接觸油脂。各種動密封圈要求它有較好的耐磨性能，才能保持長期工作的可靠性。動密封采用的唇形和X形密封圈都不受靜壓力，對橡膠的壓縮永久變形量沒有高的要求，在我國軍工行業(yè)多年研究和使用的P230丁氰橡膠基礎(chǔ)上，研制出的更適于GCB動密封用的P236橡膠，已廣泛適用于SF6電器。6.3 清理和糾正不可靠的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)我們接受一種外來的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)調(diào)查它的來歷：理論依據(jù)和研究試驗的經(jīng)歷。不調(diào)查研究，囫圇吞棗，將一些錯誤的外來設(shè)計搬進產(chǎn)品就遺害于用戶。例如：(1) O形圈壓縮率過小，選用橡膠材質(zhì)不佳，環(huán)溫低時彈性下降，都將導(dǎo)致O形圈表面接觸壓力下降而漏氣；(2)

32、 環(huán)氧澆注盆式絕緣子上的密封槽形設(shè)計不良，如圖14所示：矩形槽的兩垂直面斜度a角太大，且槽底面與垂直面相交的圓角R也很大，造成O形圈組裝時受壓力P作用發(fā)生翻轉(zhuǎn)（沿箭頭方向反時針滾動），以致將凹凸不平的模具分型面B-B轉(zhuǎn)到底部密封面上，O形圈的密封作用受到破壞，而且O形圈也因受扭曲和壓縮雙重應(yīng)力作用而使永久變形增大、壽命縮短。合理的設(shè)計通常取a=1°，R1mm，可同時滿足設(shè)計和工藝的要求。圖14.不良密封槽設(shè)計（a、R太大，B-B為分型面）(3) 密封面粗糙度設(shè)計不良SF6密封試驗證明：金屬密封面上的切削刀紋對密封面的氣密性影響很大，當(dāng)粗糙度Ra6.3m時，O形圈橡膠與金屬法蘭密封面的

33、實際彌合面不足（由于金屬法蘭面上有較多、較高的凸起尖峰的頂阻），氣體泄漏阻尼作用較小，會在低溫彈性下降時出現(xiàn)漏氣。當(dāng)粗糙度Ra1.6m時，密封面太光滑（同心圓刀紋太細(xì)甚至沒有時)，O形圈與金屬法蘭面的實際彌合面也下降，也得不到好的密封效果。對金屬密封面上的同心圓刀紋要合理利用（Ra宜取3.2m，嚴(yán)禁砂磨密封面，砂磨會破壞同心圓刀紋，而人為制造出泄漏通道）。一些尊重這些試驗經(jīng)驗的企業(yè)其產(chǎn)品的氣密性通常較好；那些對這些經(jīng)驗不理解不尊重的密封面粗糙度的設(shè)計不僅氣密性差，而且過高的表面粗糙度要求，還無必要地增大了加工難度和制造成本。(4) 互感器二次接線端子材質(zhì)選用GIS中的電流互感器和電壓互感器二次

34、引出線的接線端子多用紫銅棒加工，由于銅材線膨脹系數(shù)(16.9×10-6·K-1)與環(huán)氧樹脂線膨脹系數(shù)(26×10-6·K-1)相差較大，在溫度變化時可能導(dǎo)致接線端子與環(huán)氧樹脂間產(chǎn)生裂隙而漏氣。采用銅材作為接線端子多出于使用習(xí)慣，并非導(dǎo)電和電接觸必須。作為弱電的接觸端子，用鋁棒（在導(dǎo)電接觸面上鍍銀或搪錫）應(yīng)更合適。由于鋁棒線膨脹系數(shù)（23.9×10-6·K-1）與環(huán)氧樹脂很接近，不必?fù)?dān)心環(huán)溫冷熱變化引起的接線端子裂隙漏氣。澆注端子時，在端子上涂一層半導(dǎo)電橡膠作緩沖層，端子與樹脂間就能可靠地避免裂隙的產(chǎn)生。7. GIS小型化與GIS可靠性

35、設(shè)計國內(nèi)外GIS小型化經(jīng)歷了10多年的發(fā)展，尤其是126170kV電壓等級的產(chǎn)品其成果更顯著。GIS小型化不是目的，它是實現(xiàn)GIS高可靠性的一種手段。7.1 一箭雙雕的GIS可靠性設(shè)計GIS下列小型化設(shè)計是進行GIS可靠性設(shè)計的重要措施：(1) 采用三工位隔離-接地開關(guān)(DES)，簡化操動機構(gòu)及其操作連鎖；(2) 實現(xiàn)主母線與隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)合一，最大限度地簡化GIS結(jié)構(gòu)設(shè)計；(3) 提高GCB斷口耐電壓水平、減少每極串聯(lián)斷口數(shù)（如550kV推廣使用單斷口GCB），簡化滅弧室和傳動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(4) GIS各元件布置緊湊化，盡量減少聯(lián)結(jié)件（四通、三通等）、簡化電接觸；(5) 母線三相共箱以及逐

36、步探索和實現(xiàn)更高電壓等級的GIS三相全共箱設(shè)計；(6) 新型電子式電流互感器及電子式電壓互感器的應(yīng)用等等。以上GIS小型化設(shè)計，都體現(xiàn)了一個“簡”字。簡單就是可靠這是GIS可靠性設(shè)計的指導(dǎo)思想。例如，一臺設(shè)計良好的550kV單斷口GCB，如果在電站和線路上采用有效的MOA避雷器保護，GCB不僅省去了一半的滅弧室零部件，還省去了并聯(lián)電容器、扔掉了龐雜的合閘電阻、電阻觸頭及其傳動裝置，結(jié)構(gòu)的大簡化必然帶來產(chǎn)品的高可靠性。同理，上述的(1)(6)項GIS小型化設(shè)計都是通過簡化一次元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計來提高其可靠性，隨之而來的是GIS尺寸的縮小，那是GIS可靠性設(shè)計一箭雙雕的附帶收獲。7.2 GIS小型化與

37、GIS可靠性不可對立在對待GIS小型化與GIS可靠性問題上，再點評一下“為小而小”是有益的。刻意追求小尺寸者認(rèn)為，GIS先進性主要表現(xiàn)在小（有的甚至把這種小視為首要的先進指標(biāo)），這當(dāng)然是觀念上的偏差。GIS的先進性最重要的指標(biāo)是運行的可靠性，并要求有最低的故障率。尺寸大小是評議GIS先進性的一個方面，但不是重點。為小而小是沒有實際意義的。例如，126kVGIS的三相共箱式母線，其支持母線導(dǎo)體的盆式絕緣子直徑可取Æ640，也可取Æ600。取Æ600，當(dāng)母線相間距離不可變時，母線對地爬距將比Æ640時損失20mm，對地絕緣（耐受電壓能力）約下降20%。由此可

38、見，適當(dāng)?shù)卦龃笠恍┙Y(jié)構(gòu)尺寸，對提高內(nèi)絕緣可靠性的作用重大。相反，取小直徑Æ600后，GIS每間隔寬僅縮小40mm，按一個電站15個間隔計，GIS總寬僅縮小0.6m。這對GIS建筑面積投資沒有影響，對產(chǎn)品制造成本（所用殼體的造價）也影響甚微（每間隔母線成本差價不到0.3%）?？桃獾乜s小結(jié)構(gòu)尺寸，對減少占地面積和電站投資沒什么意義，但對GIS內(nèi)絕緣的可靠性卻是一種明顯的犧牲，實不可取。8. 操動機構(gòu)與GCB/GIS可靠性設(shè)計8.1 機構(gòu)的癥結(jié)在電網(wǎng)運行中，GCB/GIS的“強迫停運率”是衡量設(shè)備運行可靠性的重要指標(biāo)。我國GCB/GIS設(shè)備強迫停運率最高的是252kV級產(chǎn)品，據(jù)國網(wǎng)近5年的

39、統(tǒng)計，“252kV斷路器共發(fā)生強迫停運271次，屬于操動機構(gòu)及其傳動環(huán)節(jié)原因就有167次，占61.7%。其中，液壓機構(gòu)137次，氣動機構(gòu)27次，彈簧機構(gòu)3次?！保▍⒁娢?第3.2節(jié)）。統(tǒng)計資料不止一次地揭露了我國高壓開關(guān)設(shè)備半個世紀(jì)來長期存在的固疾斷路器故障主要集中在操動機構(gòu)及其傳動環(huán)節(jié)。而機構(gòu)故障比較集中出在液壓機構(gòu)，液壓機構(gòu)的故障又集中表現(xiàn)在漏油和控制閥失靈（由此引發(fā)開關(guān)誤跳、閉鎖或停運檢修）。這三個“集中”的起因，除了機構(gòu)制造質(zhì)量失控之外，先天性的問題還是出自液壓機構(gòu)設(shè)計的不可靠因素太多。例如：復(fù)雜的多級控制閥中一個閥體卡死或閥針的銹蝕變形即可釀成大禍、分離式液壓元件和復(fù)雜的管路設(shè)計增多

40、了漏油點、落后的氮氣貯能裝置帶來泄漏的可能和壓力的波動以及密封圈橡膠材料沒有優(yōu)選等等。8.2 機構(gòu)的配置在考慮GCB操動機構(gòu)配置時，一要注意各類機構(gòu)的以往運行經(jīng)驗，二要分析以往機構(gòu)運行的固疾并對癥下藥根治。(1) 彈簧機構(gòu)的選擇根據(jù)各類機構(gòu)多年制造和運行經(jīng)驗，72.5252kV斷路器現(xiàn)已普遍采用故障較少、運行較可靠的彈簧操動機構(gòu)。隨著我國數(shù)控機械加工、鑄鋁合金件和材料熱處理工藝的進步，彈簧機構(gòu)零部件加工質(zhì)量有顯著提高，為其運行可靠性提供了工藝保障。因此，我們有可能期盼在252kV三相聯(lián)動的斷路器以及363/550kV單斷口斷路器上配置大功率的彈簧機構(gòu)，而在更多的開關(guān)上發(fā)揮彈簧機構(gòu)高可靠性的優(yōu)勢

41、。在大功率彈簧機構(gòu)的研制中，應(yīng)保留現(xiàn)有彈簧機構(gòu)經(jīng)運行考核合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其可靠性得以延伸。在合、分閘彈簧設(shè)計時，不能為追求結(jié)構(gòu)小尺寸而采用過高的工作應(yīng)力；否則，彈簧在運行時會疲勞（產(chǎn)生永久變形），而影響或破壞了斷路器的操作特性。(2) 液壓機構(gòu)的選擇液壓機構(gòu)輸出功強大、操作平穩(wěn)、操作噪聲小、結(jié)構(gòu)緊湊，是操作功要求大的550kV及以上GCB的首選。但由于彈簧機構(gòu)的普及，液壓機構(gòu)逐步退出252kV及以下的GCB，故障頻發(fā)的老式液壓機構(gòu)正逐漸淡出人們的視線。針對液壓機構(gòu)的固疾，我們應(yīng)集中精力研究、改進、完善和提高彈簧儲能液壓機構(gòu)。在盡快淘汰各種老型液壓機構(gòu)的同時，積極推廣使用彈簧儲能液壓機構(gòu)。這種

42、機構(gòu)在國外一些GCB上已取得了很好的使用業(yè)績，在許多國產(chǎn)的高壓斷路器上也得到了成功的使用。目前國內(nèi)高壓開關(guān)廠及專業(yè)機構(gòu)廠也在積極研究彈簧儲能液壓機構(gòu)，我們在接受一切先進技術(shù)時不能囫圇吞棗、照搬照抄，要有創(chuàng)新的精神。在學(xué)習(xí)研制過程中，要善于利用（不是機械地模仿）其優(yōu)點，同時要糾正和改造其缺點。在制造工藝和材料選用方面，還要結(jié)合廠情國情進行合理地調(diào)整。做到“青出于藍而勝于藍”，后來者居上，并創(chuàng)立自己企業(yè)的知名品牌。(3) 國產(chǎn)CTY碟簧儲能液壓機構(gòu)可靠性設(shè)計CTY系列機構(gòu)保留了緊湊的碟簧儲能的結(jié)構(gòu)設(shè)計，全部液壓元件采用了集成模塊組合設(shè)計。因此，工作壓力不受環(huán)溫影響，儲壓沒有氮氣內(nèi)漏之隱患，漏油的可

43、能性也大大減小，機構(gòu)的傳動效率也隨之提高。針對國外同類機構(gòu)的不足之處，為進一步地提高機構(gòu)的可靠性，CTY機構(gòu)所做的如下三點改造設(shè)計是值得肯定的：1) 變多個兩級電磁液壓閥為一個單級永磁液壓閥傳統(tǒng)的電磁液壓控制閥由3只電磁閥和兩級液壓閥組成，多年的運行實踐暴露了許多問題：閥體內(nèi)若殘留細(xì)小雜物和油質(zhì)污染都可能堵塞閥中Æ0.5mm直徑的細(xì)孔油道而使電磁閥拒動，或使一級閥不能正常復(fù)位引起合分跳躍；合閘、分閘電磁鐵需兩套各自控制回路，易產(chǎn)生合、分閘線圈同時受電，在合閘操作時產(chǎn)生慢合、分閘事故；密封環(huán)節(jié)多，易產(chǎn)生外漏；一級閥和二級閥動作時間與壓力有關(guān)，控制閥動作時間的變化將使開關(guān)的分閘時間和三相

44、分、合同期不穩(wěn)定。為解決上述問題，CTY機構(gòu)采用了創(chuàng)新的簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計單個單級永磁液壓閥，它具有更高的工作可靠性：沒有合閘自保持的細(xì)孔油道設(shè)計，根除了油道堵塞、閥芯復(fù)位不完全的痼疾；合、分閘共用一套永磁閥，每次操作只能接收單一的指令，杜絕了機構(gòu)同時接受合、分指令而產(chǎn)生的誤操作；密封環(huán)節(jié)大大簡化，密封可靠性提高；控制閥的動作時間穩(wěn)定與油壓無關(guān)，使斷路器的操作特性更穩(wěn)定；永磁閥經(jīng)歷了強電磁場工作環(huán)境和電磁兼容試驗的考核，具有穩(wěn)定的磁性，使合分操作、閥口密封及合分閘位置的自保持功能可靠?？傊叨群喕目刂颇K設(shè)計，是該機構(gòu)比以往液壓機構(gòu)工作更可靠的重要措施。2) 由多缸儲能進化到單缸儲能油壓經(jīng)儲能缸

45、壓縮碟簧，并將能量儲于碟形彈簧片中。CTY用一只環(huán)形儲能缸壓簧，與多缸壓簧儲能相比，簡化了結(jié)構(gòu)、減小了密封環(huán)節(jié)、降低了零部件加工工藝難度，而且碟簧各向受壓均勻，簡化了儲能模塊的組裝調(diào)整工作，碟簧能量釋放時的運動慣量小、傳動效率高。3) 將復(fù)雜的監(jiān)測模塊簡化儲能活塞的位置監(jiān)測，原采用齒輪-齒條-凸輪傳動副，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動故障率較高、檢測精度較低。CTY采用簡單的拖板式凸塊傳動方式來驅(qū)動觸點開關(guān)，以更高的精度和可靠性完成儲能活塞位置監(jiān)控。CTY機構(gòu)創(chuàng)新式的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計再次體現(xiàn)了“簡單就是可靠，簡單創(chuàng)造效益”設(shè)計思想的先進性，使液壓機構(gòu)的設(shè)計可靠性大大提高，也為GCB/GIS產(chǎn)品整體設(shè)計可靠性

46、扎下了堅實的支柱。我們熱忱地期盼在產(chǎn)品的制造中不斷改進設(shè)計、提高性能、完善工藝和嚴(yán)格質(zhì)量控制，以確保碟簧液壓機構(gòu)運行的高可靠性。9. GIS氣室劃分與GIS可靠性設(shè)計9.1 GIS氣室劃分時應(yīng)考慮的問題(1)必須給使用維護帶來方便，盡可能提高GIS連續(xù)運行能力。(2)可操作元件(CB,DS,ES)維護的必要性和方便性，在相當(dāng)長時期內(nèi)不宜提“GIS免維修”概念，不能用這個概念來對待氣室劃分。(3)合適地對待GIS運行可靠性和維修方便性，兩者盡量兼顧。9.2 GIS氣室劃分原則考慮到以上幾點，GIS氣室劃分通常遵守以下幾點原則：(1) 斷路器（或帶CT）應(yīng)為獨立氣室。(2) 主母線與隔離開關(guān)氣室應(yīng)

47、隔斷（主母線和隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)合一者除外），否則會出現(xiàn)本文第1.3節(jié)所述的麻煩。(3) 靜止元件（CT、VT、MOA）維修量很小，盡量集中布置，減少氣室。(4) 集中布置共氣室的各元件之間氣室內(nèi)部聯(lián)通，以減少外部聯(lián)通的氣道元件（氣體監(jiān)控儀表、管道接頭、閥門等），減少泄漏點，提高GIS密封可靠性。當(dāng)某些元件存在必要的維護時，過分地減少氣室雖有利于產(chǎn)品的氣密性，卻會給維護造成一些麻煩。為處理好這個矛盾、做到合適對待，供需雙方應(yīng)多協(xié)商，共同提高GIS氣室劃分的設(shè)計可靠性和使用方便性。10.彈簧觸頭與GIS可靠性設(shè)計近年來，新型彈簧觸頭以其結(jié)構(gòu)簡單、體積輕小、導(dǎo)電能力強、電接觸可靠而在GCB/GIS中得到

48、日益廣泛的使用。積極謹(jǐn)慎地使用這種新型電接觸元件對GCB/GIS工作可靠性十分重要。以下注意事項應(yīng)引起GCB/GIS設(shè)計者重視：(1) 彈簧觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范化彈簧觸頭材料線徑d0、每圈直徑d、彈簧傾斜角a1、圈高h(yuǎn)1以及觸頭安裝槽形(半圓形、矩形、梯形、三角底-矩形等等)及槽的尺寸，目前沒有規(guī)范化設(shè)計，形狀尺寸五花八門，工作特性多種多樣，不僅給彈簧觸頭的制造和質(zhì)量監(jiān)控帶來麻煩，而且使某些設(shè)計不良的彈簧觸頭出現(xiàn)接觸電阻不穩(wěn)定現(xiàn)象。文6第節(jié)對彈簧觸頭電接觸的穩(wěn)定性作了多方面的分析，在影響電接觸穩(wěn)定性的眾多因素中，彈簧觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范化是最重要的因素。規(guī)范化設(shè)計首先要規(guī)范設(shè)計計算方法，使彈簧觸頭長期

49、和短時通流能力與其結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配，否則就沒有彈簧觸頭工作的可靠性，文6第節(jié)對彈簧觸頭及安裝槽的設(shè)計計算方法作了介紹，望這套設(shè)計計算方法在今后的設(shè)計和產(chǎn)品試驗中得到檢驗、充實與完善。規(guī)范化設(shè)計還要求彈簧觸頭結(jié)構(gòu)要素簡化、標(biāo)準(zhǔn)化，要求優(yōu)選彈簧槽的形狀并對其相關(guān)尺寸進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。根據(jù)部分產(chǎn)品的設(shè)計與試驗經(jīng)驗，文6表8-5對彈簧觸頭的基本結(jié)構(gòu)尺寸d0、d、a1、h1列出了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計參數(shù)、同時按電接觸可靠性要求優(yōu)選出“三角底-矩形槽”形，其中也列出了這種槽的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)尺寸（槽寬H及底角a3）。對彈簧觸頭及安裝槽的結(jié)構(gòu)進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是保證其設(shè)計可靠性的重要措施，同時也是穩(wěn)定和提高其制造質(zhì)量所必需。(2)

50、 彈簧觸頭定位桿（套）的設(shè)計GCB/GIS在強大的短路電流沖擊時，一些非螺栓緊固的導(dǎo)電零部件在電動力作用下會產(chǎn)生擺動、傾斜等位移現(xiàn)象。用彈簧觸頭聯(lián)結(jié)的某些導(dǎo)電桿若在徑向發(fā)生了位移，將使部分彈簧觸頭的接觸變形(接觸壓力)變小甚至基本喪失，接觸電阻驟增，短路電流壓降（及接點溫度）驟升，導(dǎo)致觸頭燒熔。因此，在可能產(chǎn)生位移的導(dǎo)電桿中心加裝定位桿，或在彈簧觸頭座上對導(dǎo)電桿加裝絕緣定位套是十分必要的。產(chǎn)品試驗證明，在短路電動力作用下可能產(chǎn)生徑向偏移的導(dǎo)電桿，沒有可靠的定位，必然產(chǎn)生觸頭熔焊甚至彈簧觸頭及座整體熔化！11.工藝設(shè)計與GCB/GIS可靠性設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時必然涉及零部件制造工藝方法的設(shè)計，工藝

51、方法設(shè)計得好與壞直接影響到產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。11.1 GIS殼體加工工藝設(shè)計GCB/GIS的殼體，形狀有簡有繁，主筒上常帶有垂直相交的支筒，制造工藝分焊接與鑄造兩大類，支筒與主筒相交處的加工有模具翻邊與開孔焊接兩種。由于板材的質(zhì)密性通常比鑄件壁好，因此焊件泄漏點及其隱患多集中在焊縫，而鑄件的氣密性缺陷分散性很大且尋找比焊件困難。我國研究GIS殼體翻邊焊接工藝長達30多年，積累了豐富的經(jīng)驗，支筒冷翻邊，相貫面圓滑美觀電氣性能好，主筒變形小，自動焊焊縫氣密性好。近年來，我國GIS鑄鋁殼體的氣密性有很大改善。當(dāng)外模采用金屬模，內(nèi)模采用真空砂型新工藝后，在真空成型過程中內(nèi)膜型砂中的水分和氣體含量大大低

52、于樹脂型砂，使殼體質(zhì)密度(氣密性)進一步提高，強度也相應(yīng)提高，鑄造殼體壁厚可適量減薄、殼體質(zhì)量相應(yīng)減輕，使鑄造工藝用于GIS殼體的前景更加看好。根據(jù)上述兩類殼體工藝特點，殼體工藝設(shè)計時通常的思路是：結(jié)構(gòu)簡單的殼體優(yōu)先選用焊件，焊接不方便的復(fù)雜殼體用鑄件。優(yōu)先選用焊件理由是焊件漏點集中檢漏方便，焊接殼體氣密性好控制。從成本考慮，兩種工藝殼體成本相近。從外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的GIS殼體，用鑄件更方便，金屬外模和真空砂芯的使用，減少了人們對鑄造殼體氣密性的擔(dān)心。我國焊接殼體的支筒翻邊工藝已相當(dāng)成熟，但國外的某些公司可能對此工藝掌握得不好，其支筒仍采用落后的開孔焊接打磨相貫焊縫的老工藝，其氣密性和電氣性能易

53、存隱患！對國外公司的這種設(shè)計不必指責(zé)，那是一個技術(shù)水平問題。而國內(nèi)某些設(shè)計者照抄照搬，就不是技術(shù)水平（設(shè)計能力）的高低問題了.設(shè)計者對每一個設(shè)計環(huán)節(jié)都不能忘記可靠性至上，對任何外來技術(shù)（哪怕是很有威望的公司技術(shù)）都不能因迷信而失去自我、而放棄對運行可靠性的追求。11.2高壓電極形狀加工工藝設(shè)計GIS導(dǎo)體和各種支持件上涉及到電氣絕緣的高壓電極形狀及尺寸的設(shè)計，對產(chǎn)品尺寸及絕緣可靠性影響極大。簡單的圓弧形電極加工工藝簡單（制作成本也較低），但有時要得到較低的場強和較小的尺寸卻十分困難。若采用多曲率連接的電極或曲率變化緩和的橢圓形電極，就能最大限度地改善電場分布，在電極上獲得最佳的場強。外形復(fù)雜些的

54、電極需要精度較高的數(shù)控機床加工，工藝成本投入稍高一些，為了提高內(nèi)絕緣設(shè)計可靠性，這種投入是有價值的。11.3屏蔽罩工藝設(shè)計為緩和電場的各種高壓屏蔽罩加工工藝有多種，應(yīng)根據(jù)性能要求的高低、尺寸大小、形狀特征及加工成本（性價比）等多方面因素分析和選擇，首先要考慮的是性能要求高低（亦可靠性要求）。形狀簡單、尺寸不大、無論選擇什么工藝加工對其質(zhì)量和性能可靠性無壞的影響時，應(yīng)選擇鑄造及機加工等成本較低的工藝。某些電壓等級高、形狀復(fù)雜、尺寸較大而且對其電氣性能的可靠性要求很高的屏蔽件，應(yīng)采用旋壓加工。旋壓成形的屏蔽件，無論形狀多復(fù)雜（只要是旋轉(zhuǎn)成形）的電氣工作表面不會存在焊縫，電氣工作表面十分光滑，屏蔽工

55、作可靠性高。旋壓加工成本盡管很高，為保證某些重要屏蔽件的工作可靠性，這種成本的投入是必須的。12.VT/AR與GIS聯(lián)結(jié)氣室的可靠性設(shè)計電壓互感器VT、避雷器AR與GIS有兩種聯(lián)結(jié)方式：VT/AR經(jīng)隔離開關(guān)與GIS相聯(lián)，VT/AR直接與GIS相聯(lián)。GIS在交接試驗或現(xiàn)場檢修投運前都需作一分鐘工頻耐受電壓試驗，而VT/AR不允許承受工頻耐壓試驗，當(dāng)VT/AR與GIS直接聯(lián)結(jié)時，GIS試前要拆下VT/AR，試后再裝上。這種聯(lián)結(jié)雖然簡單，但在現(xiàn)場拆裝時由于環(huán)境清潔度差、拆裝技術(shù)不熟練容易造成絕緣故障隱患，這種設(shè)計不太可靠。當(dāng)VT/AR經(jīng)隔離開關(guān)與GIS相聯(lián)時，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，但是GIS做工頻耐壓試

56、驗時，可以操作隔離開關(guān)使VT/AR與GIS隔離，不必拆裝VT/AR，避免現(xiàn)場拆裝造成的故障隱患，這是一種較可靠的聯(lián)結(jié)方式。從GIS設(shè)計可靠性考慮，直聯(lián)方案不太令人滿意。經(jīng)隔離開關(guān)聯(lián)結(jié)可靠性高，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜成本較高，改進方法是：讓VT/AR自帶手動操作的隔離觸頭并置于VT/AR罐內(nèi)，這將使GIS整體結(jié)構(gòu)簡化、成本降低。13GIS智能化與GIS可靠性設(shè)計GIS智能化設(shè)計工作已在我國相關(guān)科研、制造單位思考研究了近十年。現(xiàn)在，國家智能電網(wǎng)建設(shè)已拉開序幕，為進一步提高GIS運行可靠性、適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)需要，GIS智能化設(shè)計工作已經(jīng)跟隨啟動。GIS智能化的具體工作內(nèi)容很多（詳見文6第17節(jié)），可根據(jù)條件分

57、批進行，條件較成熟的可先啟動。本文在此就某些問題補充一點意見。13.1 電子式電流互感器和電子式電壓互感器電磁式CT不僅大笨重，其磁飽和使輸出特性變壞、頻帶窄、響應(yīng)慢，既不能適應(yīng)GIS智能化采集電流信息的要求，也給電網(wǎng)增加了鐵磁諧振的威脅?；跓o鐵心羅氏線圈的電子式電流互感器（ECT），克服了電磁式CT的上述缺點，能適應(yīng)電站微機繼電保護的要求，埋植入GIS殼體法蘭內(nèi)的極小尺寸羅氏線圈，大大簡化了GIS結(jié)構(gòu)、縮小了GIS尺寸。常規(guī)電磁式VT也是大笨重，輸出特性也因有磁飽和而變壞，電網(wǎng)參數(shù)突變時，VT引起的鐵磁諧振不僅降低其檢測精度，諧振過電壓還可能引起GIS和電網(wǎng)絕緣的破壞。解決現(xiàn)今GIS這些不

58、可靠運行因素較切實的方案是設(shè)計GIS專用的電子式電壓互感器（EVT）。一個極其簡單的中間電位的分壓電極經(jīng)絕緣法蘭裝于GIS殼體（參見6圖17-4），外接一個高阻抗的A/D轉(zhuǎn)換單元，將低荷的電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息后經(jīng)光纖送到電站微機保護單元或分布式管理的GIS就地控制柜。華中科技大學(xué)等單位多年來對ECT和EVT進行了卓有成效的研究。其獨立式ECT與EVT的研究成果和電網(wǎng)試用的成功經(jīng)驗，不僅得到了電力部門用戶的理解、歡迎與支持，也為將ECT、EVT技術(shù)移植到GIS、HGIS和T·GCB創(chuàng)造了條件。為了提高GIS運行可靠性，期盼有更多的企業(yè)投入更大的熱情來積極開展用于GIS的ECT和EVT的研制工作。13.2 局放監(jiān)測方案與GIS可靠性設(shè)計眾所周知，局部放電的監(jiān)測對預(yù)測GIS內(nèi)絕緣隱患、提高GIS運行可靠性有重要意義。本文1.5節(jié)所介紹的運行中GIS局