高压隔离开关传动系统的研究及导电杆运动机构的优化设计

摘要

在电力系统的输变电设备中，户外高压隔离开关是使用量最多的一种，通常是高压断路器的3~4倍。虽然它的结构比断路器简单，但运行条件却较之恶劣。高压隔离开关的导电及传动系统不象断路器那样被密封在绝缘瓷套中，而是完全裸露在户外环境下，常年承受着风吹、雨淋、雪盖、日晒等各种气候条件的影响，最易产生传动系统的机械性故障而导致停电事故不断发生，且事故率呈上升趋势。因此，设计可靠的户外高压隔离开关传动系统对保障电网安全运行是至关重要的大事。 目前，国内隔离开关生产企业的产品设计大多是从仿制国外产品起步，走逐步技术改进的道路。这种只知其然而不知其所以然的设计方法已严重束缚国产隔离开关向高电压、大容量方向发展。使用现代设计方法对隔离开关传动系统进行参数化设计及优化设计，可以提高隔离开关传动系统的设计可靠性，也是摆脱困境、争取自主开发的最佳途径。因此，本论文尝试分以下四部分对户外高压隔离开关进行分析研究。 一、分析高压隔离开关的三个基本组成部分，即导电系统、绝缘系统及传动系统。其中，如合闸不到位、合闸力过大，运动机构卡涩拒动等传动系统的问题，直接导致导电系统中的触头发热烧毁和绝缘系统中的瓷柱断裂的发生。因此，传动系统是三者之中影响隔离开关的运行可靠性最主要的因素。结构上，隔离开关传动系统部分可分为5大运动机构，即操作机构、连杆驱动机构、导电杆运动机构、触头运动机构及机械互锁机构。其中，导电杆运动机构较其它机构结构复杂，形式多样，是研究传动系统的重点。 二、动触头运动轨迹和弹簧平衡力特性是研究导电杆运动机构的两大关键。动触头运动轨迹曲线越逼近直线可以使导电杆在合闸时受力越小，而理想的平衡弹簧力可以保证导电杆在合分闸过程中只需克服摩擦力而灵活动作。因此，本论文对7种典型的导电杆运动机构的动触头运动轨迹和2种偏折式隔离开关的导电杆平衡力建立了数学模型，以便于理论分析。 三、运用VC++6.0开发了界面友好、操作方便的动态仿真模拟分析程序，运用此程序绘出各种导电杆运动机构的动触头运动轨迹和平衡弹簧力特性曲线，争对齿轮齿条型偏折式隔离开关的平衡弹簧进行参数化设计，并提出新的平衡弹簧设置方案应用于产品开发，获到良好效果。 四、运用遗传算法对齿轮齿条型偏折式隔离开关的导电杆运动机构进行了参数优化设计，使动触头运动轨迹更加趋近于直线。最后将优化结果应用于产品开发，取得显著的效果。