关键词：技术改造，开关站；GW6系列；葛洲坝水电厂
摘 要：葛洲坝220 kV GW6型设备生产于70年代，1981年投入运行。经过近20年的运行，隔离开关的机械、电气性能出现了支柱、瓷瓶老化，动触头导电杆腐蚀，刀闸锈蚀，接地器可靠性差等问题。2000年对设备进行了技术改造，支柱绝缘子改用ZSW1系列，操作绝缘子选用ZCW10防污型，其他部件仍先用GW6－220DW／2500 A隔离开关部件。改造后的设备安装调试方便快捷，操作灵活可靠，设备运行稳定，达到了预期的技术要求，取得了良好的安全、经济效益。
1 220 kV开关站概况
葛洲坝220 kV开关站于1981年投入运行，主要担负着葛洲坝二江电厂的电力外送任务。该开关站采用双母带旁路（旁母分两段）接线方式，母线采用铝管母线配电装置。全站有7回进线、8回出线、两回与葛洲坝500 kV开关站的联络线、一回母联、两回旁路，共有20个设备单元。
母线隔离开关选用沈阳高压开关有限公司（以下简称“沈高公司”）生产的GW6－220 GD／2 000 A型对称剪刀式单柱式隔离开关共60组。该隔离开关是沈高公司70年代初设计研制的产品，开关支柱绝缘子选用抚顺高压电瓷厂（以下简称“抚瓷”）生产的整体抗弯负荷4 kN、抗扭2 kN·m的普通型支柱绝缘子，产品代号2287；操作绝缘子采用抚瓷生产的产品代号为2286普通型操作绝缘子。1994～1998年先后将隔离开关及地刀的操作机构更换为沈高公司生产的CJ2－XG型电动操作机构，电动机功率1.1 kW，额定输出转矩750 N·m，分合闸时间6±1 s。
2 运行中存在的问题
GW6隔离开关活动关节多，在户外运行长期日晒雨淋，几年后便出现开关刀闸、操作机构、传动机构的镀锌轴销生锈、铝构件氧化等问题，导致开关操作阻力增大。当时针对GW6隔离开关的轴销进行了改造，全部更换为不锈钢件，取得了良好效果。但由于开关站配电装置结构的特殊性，建站以来一直不能有计划地对GW6隔离开关进行全面解体检修，经过近20年的运行，隔离开关的机械、电气性能出现了一系列问题，主要表现在以下几个方面：
(1)隔离开关支柱、操作瓷瓶日渐老化，机械强度降低，防污等级不能满足环境要求。当时选用的支柱瓷瓶整体抗弯负荷为4 kN，设备长期置于户外风吹雨淋日晒，部分瓷瓶的法兰与瓷件间水泥胶合剂材料老化脱落，瓷瓶机械强度降低。由于瓷瓶结构的特点，常规检查手段难以发现存在的隐患。1992年1月，071刀闸A相在检修过程中发生支柱瓷瓶断裂事故；1997年4月，071刀闸A相在电动操作试验过程中两次断裂点均发生在上节瓷瓶上法兰处。1994～1999年间，383、012、363、033、023、063等刀闸在检修和运行过程中都发生了操作瓷瓶断裂的问题，给设备的稳定运行和检修人员的人身安全带来极大的威胁。与此同时，国内相同型号的隔离开关也多次出现支柱瓷瓶断裂事故，严重影响电网的生产安全。此外，支柱、操作瓷瓶的外绝缘污秽等级偏低，其爬电距离为4 060 mm,已经不能满足站内设备的整体防污技术等级要求，2002年1月，41单元在操作过程中发生瓷瓶闪络现象。
(2)隔离开关动触头导电杆部分出现严重的金属腐蚀问题。1998年冬修过程中，发现全站约有40%的GW6隔离开关动触头导电杆出现金属腐蚀问题，铝导电杆腐蚀处呈表面起层剥离状，深度在1～6 mm不等,有15%的导电杆腐蚀面积和深度已相当严重，危及隔离开关的正常运行。
(3)刀闸传动机构锈蚀严重。由于隔离开关传动机构箱不能全密封，加之空气湿度大、酸雨严重等影响，使刀闸的传动机构出现了不同程度的锈蚀，部分平衡弹簧出现了断裂现象。受其影响，开关操作阻力增大,灵活性降低，开关不能正常操作。几年来，先后发生012 B相弹性装置锈死，不能分闸，041因操作传动杆合闸时扭弯导致接触压力不够、触头过热烧伤，461、463平衡弹簧断裂等一系列危及设备安全运行的问题。每次处理此类缺陷都需母线临时停电，影响设备的正常运行。
(4)隔离开关接地器运行可靠性差。隔离开关接地器操作机构由CS9－G型手动操作机构改为CJ2－XG型电动操作机构以后，多次出现接地器电动合闸不到位，分相传动拐臂被拉弯的现象。造成此类问题的主要原因有：①接地器传动机构老化、金属构件锈蚀严重，导致传动轴、杆操作力矩增大。②平衡弹簧锈蚀，拉力降低，使接地器闸刀杆在合闸初始时便滑出限位槽，合闸完毕后动触头不能正常进入静触头。③电动操作机构速度偏快。由于接地器刀杆合闸速度偏快，在合闸过程中接地器刀杆先向上回转约80°，当动触头与静触头相碰时，动触头受反作用力回弹，此时机构将使刀杆上伸运动，动触头卡在静触头的卡罩上。由于电动操作力矩大，导致单相传动拐臂被拉弯，可能带来更严重的后果是由于接地刀闸动触头卡在静触头外后，若传动拐臂强度大、不能变弯，刀闸大约有向上80 mm的行程，可能使整个刀闸支持瓷瓶被顶断，造成更加严重的后果。
3 设备技术改造
1999年12月至2000年2月，针对设备导电、传动部分和接地器局部存在的问题，对导电刀闸、传动机构箱、接地器的传动转臂和轴套进行了4组隔离开关的局部改造。在改造过程中，先后出现023、063、033隔离开关的操作绝缘子在正常安装调试中发生断裂，隔离开关绝缘子机械强度问题暴露明显，设备局部改造工作被迫暂停。2000年，根据220 kV开关站的整体结构及配电装置技术要求，决定对220 kV母线隔离开关进行整体改造，支柱绝缘子选用唐山高压电瓷厂生产的ZSW1－220／11防污型支柱绝缘子，其抗弯负荷≥11 kN、抗扭强度≥4 kN·m；操作绝缘子选用唐瓷生产的 ZCW10－220／N2防污型操作绝缘子，抗扭强度≥4 kN·m；隔离开关的其他部件仍选用沈高公司生产的GW6－220 DW／2 500 A型隔离开关。同时，针对原隔离开关在运行检修时出现的问题，结合1999年订购的设备部分元件，存在与现场户外环境不相适应的情况，经与沈高公司技术部门共同研究，对GW6－220／2 500 A型隔离开关提出一系列技改项目，主要包括以下几方面：
(1)采用密封轴承、GB882轴销,所有钢制镀锌销、轴套元件改为不锈钢元件，以增强设备转动部件操作的灵活性，相对延长设备的检修周期。
(2)有配合公差的连杆、拐臂更换为表面镀锌铬处理件；没有配合公差的采用渗锌处理件。
(3)所有M10以上的紧固件均采用渗锌标准件，M10及以下的紧固件为不锈钢标准件，所有开口销均采用不锈钢件。
(4)传动箱、地刀防雨罩改为不锈钢材料，增强防雨、防尘效果。
(5)传动机构箱改为铝板焊制的传动机构箱，增强导电效果。
(6)弹性装置、E21485杆表面进行渗锌处理，导电上管、下管均改为经阳极氧化处理导电杆，增强防腐效果。
(7)动触头改为铜制镀银四方件（GW6－220／3 150 A），每个面都可作为接触面，以提高使用寿命；同时传动机构箱平衡弹簧改为与导电闸刀重力相匹配的D29314+D29315弹簧，弹簧表面涂防腐漆。
(8)导电刀闸连接臂A1601的连接轴改用本厂技术人员提出的如图1所示的结构进行加工装配,以彻底解决原设计的连接轴固定螺母在运行过程中易松动脱落的缺陷。
(9)隔离开关底座操作轴安装孔加装航空橡胶密封垫、密封塞，防止底座孔锈蚀影响开关操作。
(10)地刀转轴拐臂与拉杆连接的轴销，一律采用图1方式进行装配。轴销开口销侧朝上，并垫足够的平垫达到轴销下端无间隙，保证地刀操作时不会与弹簧轴卡涩，确保接地器正常操作。
(11)接地器主平衡弹簧调节螺栓螺纹改为一正、一反螺纹装配，以便于弹簧拉力调整。同时加装一根辅助平衡弹簧，增加合闸初始时的平衡拉力，以解决接地器刀杆在合闸初始时滑出限位槽的缺陷。
(12)主、地刀主极操作拉杆（D22251）改为六角方钢，调节螺纹改为一正、一反装配，便于现场调节。
(13)三相联动水平拉杆的接头螺杆、螺母的螺纹应采用一正、一反装配，以便于现场调节。
通过上述项目的改造，隔离开关在过去运行维护过程中存在的缺陷问题基本得到有效的解决。
4 改造情况及存在的问题
4.1 设备改造情况
220 kV开关站设备间隔距离偏小，设备吊运受母线高度和场地宽度等限制，大型机械作业难以施展，同时，每年一组母线停电检修时间也仅为20 d左右，时间紧、任务重。检修人员充分利用现有条件，与运行单位密切配合，合理安排开关站设备停电方式，充分调配作业机械和工作人员，在2000／2001、2001／2002两年冬修中，已完成220 kV开关站38组GW6隔离开关的全面改造任务。
4.2 存在的问题和建议
技术改造后的设备安装调试方便快捷、操作灵活可靠、设备运行稳定，达到了预期的技术要求，取得了良好的安全、经济效益。通过对母线隔离开关的改造，为220 kV开关站其他设备日后的技改积累了经验。但是，改造后的隔离开关在设计、制造、装配、检修维护等方面仍存在一些不足，主要包括以下几个方面：
(1)隔离开关在正常机械、电气使用寿命周期中，应合理安排开关站母线停电方式，为母线隔离开关解体大修创造条件，以确保设备安全稳定运行。
(2)接地器钢材料托架表面采用镀锌铬处理效果不理想，部分设备出现锈蚀现象。考虑到当地特殊气候环境，金属结构部件应采用更先进的防腐、防潮措施，避免大气腐蚀导致不能正常运行操作。
(3)设备上的拐臂与轴套目前仍采用直接摩擦装配，虽然在现场安装时涂加润滑脂，但润滑脂经夏季高温融化、雨水冲刷后已部分脱落、干化，从已投运的设备检查，润滑效果不够理想。转动臂和轴套宜采用含油防雨设计，在拐臂的转动轴、轴套的内孔壁上车出含油槽，转轴上装防雨罩并设注油孔等。
(4)接地器操作时间仍显偏短。目前采用接地器主平衡弹簧拉力调至最大，并加辅助平衡弹簧的方法，解决了刀杆在合闸初始时易滑出限位槽的缺陷，但导致合闸时动触头与静触头刚接触时的机械撞击力增大，对瓷瓶是否有危害还无法判断，可延长电动操作机构的操作时间，减缓刀杆的回转速度，以降低对瓷瓶的冲击力。
