国际高压开关制造行业竞争状况及发展趋势分析

冯静

[摘 要]高压开关设备是电网是关键的设备之一，因为高压开关盒体的外形较为复杂，因此对于高压开关盒体的制造成为一个较为精细的工作.本文主要介绍利用大尺寸罐体制造高压开关盒体的过程，展示了其工艺流程和工艺装备，以及使用罐体工艺的流程。

[关键词]高压开关盒体；制造过程；研究

中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0166-01

前言

随着我国经济的不断发展，社会对于电力的要求不断提高。电网的建设力度相应地加大。在这过程中要求电力设备自身的质量必须过关，能够承受的了一定的用电压力。高压开关盒体是其中的一个关键设备，而其外形则较为复杂使得高压开关盒体的制造变得尤为关键。利用罐体制造高压开关设备能够提高设备的精度，提高生产质量和效率，具有一定的借鉴经验。

1.高压制造中罐体的结构

本文主要介绍电压800kV罐体和电压1100kV两种罐体。800kV罐体的外形尺寸直径为1320mm，三维尺寸为1320mmx6000mmx2720mm，板厚12mm采用新型耐热不锈钢板，重量大约在4150千克左右。罐体外壳中心向地面约2米处有750度水平夹角的两个用于安装套管的斜支筒体，对称布置。罐体外壳的下方还有四个支撑的支腿和一个纺织液压元件和二次控制面板的机构箱。罐体外壳下部中间开孔，用于安装灭弧室绝缘支撑筒，同时与操动机构联接。罐体两端要求保持水平，端面平整，满足粗糙度。

1100kV 的GIS罐体外形尺寸直径为1892mm，三维尺寸1892mmX8184mm，板厚为16mm，重量为8400千克。罐体的材质为低合金结构压力容器用钢材料焊接而成，罐体外壳有一个法兰孔，正下方有一个插接式的支筒体，另外的两个法兰孔中心对称布置，四个支腿位于支筒体和法兰孔之间，与断路器用高压罐体的结构基本一致，除了没有罐体外壳的两个斜支筒。经分析计算，罐体必须达到用于八度烈度地震区。根据平高电气与全国化工设备设计技术中心站联合对断路器罐体强度计算结果、及开孔补强计算结果，最终确定罐体的结构。

2.罐体的工艺流程

罐体主要由法兰、主筒体、支架等焊接而成，工艺流程为：下料→铣坡口→卷圆→焊纵、环缝→一次机加工→焊接端法兰→翻孔→割椭圆孔→焊支筒体→焊附件→二次机加工→焊支腿等→涂漆→喷砂→气密试验→水压试验。

在这过程中需要特别注意的是：卷圆之前，要仔细检查钢板表面的锈蚀情况，对钢板进行除锈，以防卷圆时钢板表面的铁锈影响工艺。焊接支筒时，必须校正罐体内孔，以防滚轮架在主筒体焊接时罐体产生变形。在机加工的过程中，罐体不可产生较大的振动，切削深度也不可过大。

3.罐体的工艺分析

3.1 罐体的工艺结构

800kV断路器罐体，一般采用全部焊接完成再进行机加工，罐体产生的内力小，变形就较小。但这种焊接方式给机加工带来了较大困难，800kV断路器罐体的体型大，不易装夹，位于框架内部的法兰面等构件，不易测量加工，工艺基准面大多為不加工面，不易定位，工装设计比较复杂，使用不便。

根据800kV断路器罐体整体结构，一般将其工艺分为两部分。第一部分是主筒体结构，包括主筒体、两端法兰和上、下支筒体，及上部支腿。第二部分为框架、护板和下部支腿。主筒体机加工后，对主筒体端面定位，用焊具与框架、护板和下部支腿进行整体焊接，支腿底板和框架等构件在焊后不需要加工，保证工艺整体性较好。

1100kV GIS罐体结构比较简单，加工主筒体后，利用工装将主筒体与四个底板焊接，用键具夹紧后，加工各法兰面和支腿。以符合图纸设计要求。

3.2 罐体的焊接工艺分析

800kV断路器罐体的主筒体材料为不锈钢耐热钢，主要分三节。在下料时，保证钢板的尺寸严格按照实际图纸，板长的公差控制在±2mm，对角线长度的公差控制在±1.5mm，以防在卷板、焊接时接边出现错位。钢板坡口加工量较大，采用小、中型的铣坡口设备、卷板机显然会浪费很多时间，延误工期。

焊接纵环、缝时，采用埋弧自动焊的方式分别焊接每一节纵焊缝，而环焊缝可采用打底TIG焊和埋弧自动焊两种方式。不仅能提高生产效率，而且焊缝质量也较好。三节筒体对焊装配时，使用30平方米的焊接平台，和旋转滚轮架等对内孔进行撑圆工装。

翻孔时，需要在长6m主筒体上，对这12吨的不锈钢材料翻直径大于等于500mm的孔，首先要控制拉孔上、下模保证6mm以上间隙。其次，椭圆孔内、外壁光滑、无尖角。再者，罐体翻孔处加工时要预热，机具也需要预热，防止因为温度差异产生内力。最后翻孔需要涂润滑剂来减少摩擦力。综上这些原因翻孔需要约600吨以上的拉孔机。

主筒体的焊接是非常关键的一步。焊接时，根据坡口，钢板厚度进行材料工艺试验，确定焊接工艺后，计算出焊接工艺参数。把焊接变形控制在设计允许的范围内。两个支筒体与主筒体中心线水平夹角为750°，使用焊具焊接时，采取反变形等措施保证图纸尺寸。

高压罐体加工难度大，主筒体加工需要大型加工机床。机床加工零件大，1100kV GIS罐体外形尺寸1892mm（直径）x8184mmX2442mmX16mm（板厚）。要求机床立柱横向行程10000 mm，主轴箱垂直行程3000mm。工作台长宽4000 mmX3000 mm。其次，零件重为8400千克，撞具重约4000吨，机床荷重要大于20000千克。机床精度要求高，坐标定位横向行程、纵向行程精度为每米0.03mm。

4.主要工艺装备

4.1 焊接工艺装备

焊接需要的工艺装备主要有板材喷砂工装、翻孔工装、内孔撑圆工装和焊具。800kV断路器罐体主筒体焊接工装装备，其主要结构有立板、底板和斜支筒体定位装置。依次固定在焊接平台上。需要注意的是：在立板两端留够5mm的间隙，防止己加工面在装夹时碰伤，主筒体两端面定位和夹紧。斜支筒体为定位装置，通常情况下斜支筒体使用内孔高度调节和变径定位夹紧技术。由于需要保证整个装置的平衡可靠，还采取焊接的支筒体法兰的方式，被人们形象地称为“焊接支腿”。与此同时，斜支筒体焊完后工作人员会将主筒体进行大的翻转，用两立板定位，并夹紧主筒体两端法兰，将支腿和加工后的框架从而起到固定的作用。接着放到工装上夹紧进行焊接。最后在工装点焊后，必须检查相关部分的尺寸是否有相差，确认无误后进行工艺焊接。对于插接式的支筒体，不需要主筒体翻孔工装。

4.2 机加工工艺装备

机加工最关键就是保证罐体的光滑，工艺工装是锉具，由于焊后罐体外形大，只能使用大型幢床加工，将罐体固定在锉具上。既可以设计成双层空心结构，保持刚性且减轻重量，又可以按照通用性设计，不用更换底板，只要更换不同的V型块、将V型块在长度方向上滑动定位，就可以保证1100kV断路器罐体、800kV断路器罐体在长宽高不同长度的大型罐体的加工。最后采用链式柔性夹紧法，使罐体受力更加均匀。

5.结语

高压开关用高精度、大尺寸罐体，已应用到G1S等产品上，并创造了良好的经济效益，填补了我国高压电气设备在该产品品类的空白，全面提升了我国研制开发和批量生产特高压开关设备的能力，推动了高压电器工业的快速发展。

参考文献

[1] 黎斌.高压SF6高压电器设计[M].北京：机械工业出版社，2013.