新型GIS母线筒支撑装置的研制-QC成果

新型GIS母线筒支撑装置的研制一、选择课题（一）选题背景1、变电站扩建GIS出线间隔设备安装现状随着GIS设备在变电站中的普遍使用，每个变电站的增容或扩建工作都需要对组合电器设备进行扩建安装，GIS安装时，均需要进行主母线停运7天。对于变电站的安全运行存在较大风险。2、xx站扩建GIS安装难点xx变电站GIS的母线安装在设备上方，母线支架距离需要安装设备的间隔较近，导致设备安装施工困难。母线支架如图1所示。需要安装的设备母线支架需要安装的设备母线支架图1出线间隔（二）选题理由1、现场情况分析小组成员到xx站实地进行测量分析，设备安装完毕的宽度为1.4米，母线的两个支架间的宽度为1.6米。图2母线支架位置及设备安装尺寸由此可见两个支架严重影响设备的安装进度，也给设备对接及对界面的清理工作造成施工阻碍。如果拆除两个母线支架，将造成严重的电网事故。2、需要解决的问题①为了便于施工作业人员进行设备安装和对接面清洁，设备外侧必须满足一个人正常作业且无阻碍，至少应比设备安装完成后尺寸多出500mm宽度。②组合电器母线不能出现位移、变形等现象，避免影响设备稳定运行。3、现场需求为了解决上述问题，现场需要制作一个稳定性强，可做精细调节，能够满足组合电器母线载荷的便捷支架。（三）查新借鉴小组成员在服务系统上对类似产品进行科技查新。关键词为：可调支架、母线支撑装置表1GIS母线筒支撑装置检索、查新关键词可调支架、GIS母线支撑装置检索、查新人员平台检索、查新时间查询过程文献、期刊检索经验借鉴：《110kV柱上断路器可调式支架的研制》通过穿心螺栓调节两段槽钢之间的距离进行断路器平台的调整。市场调研经验借鉴：盘扣式脚手架可调节底座，通过丝扣进行脚手架初始高度的调节。专利查询无可借鉴专利检索、查新结论经过检索、查新小组成员决定借鉴《110kV柱上断路器可调式支架的研制》中穿心螺栓和盘扣式脚手架底座调节的思路研制一种可调节的支撑装置。（四）确定课题综合以上分析及检索查新借鉴，小组确定本次活动的课题为：新型GIS母线筒支撑装置的研发。二、设定目标及目标可行性论证（一）目标值确定研制出一种可以代替厂家设备支架的支撑系统。依据国家标准GB-50007-2011,倾覆稳定性按下式计算=≥1.6设备安装期间，母线筒应保持水平，设备稳定，安全性高。如果能控制设备倾斜角在5°以内，设备就易于控制，减少倾倒危险。此时稳定系数应≥1.6。因此小组确定目标值为GIS母线筒支撑装置的稳定系数≥1.6。（二）目标可行性论证目标可行性论证借鉴及论证：目标可行性论证借鉴及论证：借鉴《110kV柱上断路器可调式支架的研制》和脚手架可调节底座，可以设计出具有调节和锁死功能的临时支架。任务要求：xx500kV变电站扩建工程为GIS双母线停电作业，极大影响周边地区供电压力，本次扩建工程必须保证安全、进度及质量要求。小组人员配置：小组成员有2名研究生及多名本科人员组成，小组成员多次参与本公司的QC小组创新活动具有丰富的成功经验，有丰富的现场施工经验。目标可以实现三、提出方案并确定最佳方案（一）总体思路操作简单易懂使用要求重量轻运输方便设备易现场安装操作简单易懂使用要求重量轻运输方便设备易现场安装应用灵活可靠实现GIS设备对接平稳夹合操作方便简单，灵巧采用PDCA循环研制要求选择最佳方案在现场利用并形成规范积极申报专利GIS母线筒支撑装置的研制基本功能其它功能安全要求相意设备夹固保证安全带电距离设备接地焊接加固避免设备超过装置载重实现GIS设备对接平稳夹合操作方便简单，灵巧基本功能其它功能相意设备夹固机械辅助，减少人力GIS母线筒支撑装置各部件固定稳定，受力可靠基本功能其它功能提升工艺水平图4亲和图（二）提出方案小组成员根据目标值及整体思路，提出了三种方案，如表2所示。表2新型母线筒支撑装置方案名称简易搭配门架式可调支撑式方案示意方案描述使用道木作为底座和主受力支撑部分，使用千斤顶作为高度调节部分作为临时支架。现场测量母线高度，使用现场的槽钢焊接一个门型支架及进行临时固定。结合多个厂家图纸设计出一定范围内可以自由调节的临时支架。随后小组对三个方案从稳定性、安全性、灵活性等方面逐一进行分析，如表3所示，并确定最佳方案。表3新型GIS母线筒支撑装置方案分析表方案方案描述稳定性安全性灵活性经济性加工难度结论方案一使用道木作为底座和主受力支撑部分，使用千斤顶作为高度调节部分作为临时支架。稳定性低安全行低灵活性差，每种尺寸需要单独加工花费低加工简单不采用方案二现场测量母线高度，使用现场的槽钢焊接一个门型支架及进行临时固定。稳定性适中安全性低每个现场需要单独加工，灵活性低花费适中加工较难不采用方案三结合多个厂家图纸设计出一定范围内可以自由调节的临时支架。稳定性高安全性高调节方便，可现场组装花费高加工难度大采用结论：最终方案确定使用调节方便可现场组装的方案三。（三）方案分解小组对装置实现方案进行了初步设想，并对主要模块进行了方案分解，如图5所示。图5新型GIS母线筒支撑装置模块系统构成图1.固定模块小组成员根据主体承力、弯曲强度、成本等情况，提出两种材料并进行对比分析，如表4所示，最终确定支持材料选择钢柱。表4固定块材料对比分析表材质密度（20℃）（g/cm³）弯曲强度（kN*m）成本对比综合分析结论木方0.5-1.10.017低较为轻便，强度低，抗弯力差2、成本低，方便取材不采用钢柱7.85100中密度较低抗拉强度满足2、成本适中，抗压强度足够采用2.支撑模块小组成员根据现场布局、地面保护等情况综合考虑，将木方、钢板两种支撑方案做对比，最终选择钢板作为支撑模块。如表5所示。表5支撑模块材料对比分析表方案可受力强度移动操作来源稳定性结论木方中，受强力可变形移动方便方便中不采用钢板高，不变形稍笨重方便高采用3.调节模块小组成员借助土建模板的内撑式支撑方式、电缆支架调节套管方式进行对比，通过对比，选择内撑式丝杠+丝扣做为调节模块。如表6所示表6调节模块方案对比分析表方案设计思路可调节性轻便性受震动结论丝杠+调节钮借住土建模板支撑可细致调节较重有震动时，不容易松动采用套管电缆支架调节套管调节简单轻便不能进行细致调节不采用4.限位模块小组成员根据稳定、支持、防滑等要求提出两种方案并进行对比，如表7所示。最终材料确定钢板和尼龙板结合。表7限位模块材料对比分析表方案支持性稳定性防滑结论钢板+尼龙板与电缆外皮接触面积更大带弧度稳定性强带有尼龙板，防滑性良好采用直钢板接触面积小直钢板稳定性差仅有钢板防滑性能差不采用综上所述，最终确定装置的材质及工作方式为固定模块选择钢柱，支撑模块选用钢板，调节模块采用内撑式丝杠+丝扣的方式，限位模块采取钢板和尼龙板相结合的形式。四、制定对策根据确定的最佳方案和流程图，小组按照“5W1H”的原则制定了详细的对策表，明确了各个对策的目标和措施，如表8所示。表8对策实施表序号对策目标措施地点负责人时间1图纸设计1）符合最佳方案要求2）可靠性达到100%1）按照最佳方案绘制CAD图纸；2）探讨图纸加工的可行性并进行修改，请专家评审办公室2材料选购1）钢材质量合格率100%2）钢材支持力满足隔GIS各部件自重3）钢板材料强度满足支撑需求4）防腐涂料满足要求1）核对钢材型号正确2）检查钢材和塑料板质量合格3）检查防腐涂料质量合格市场3实物加工1）完成所有材料的车床加工、焊接、安装2）按图加工正确率100%1）完成主体部分焊接加工2）其他部分车床加工3）所有部分做防腐处理4）各部由示意图组装完成公司库房4受力试验静力＞1t静力试验技术部门5培训基地试用1）确保所有环节良好，整体结构牢固稳定。2）各模块配合无卡阻现象。3）重心稳固，施工误碰后倾斜角度不超过5°。1）相邻模块连接配合调试。2）测试支撑模块收垂直1t压力时，模拟施工误碰。培训基地五、对策实施（一）图纸设计根据最优方案和对策表，小组首先设计出新型母线筒支撑装置的CAD图，如图6所示。图6支撑工器具总体CAD设计图表9GIS母线支撑装置部件图及参数表序号部件CAD图纸部件参数1固定模块最大处直径：80mm最大处高：20mm中细处直径：40mm中细处1高：15mm中细处2高：5mm最细处直径：20mm最细处高：10mm螺孔径：Φ10孔距中心：27mm2支撑模块筒高：115cm外径：76mm内径：50mm底径：40cm底厚：20mm支高：40cm支厚：8mm顶丝距顶：25mm顶丝：Φ103调节模块丝杠长：50cm丝杠径：50mm顶高：50mm顶槽深：30mm槽径：40mm顶丝距顶：15mm顶丝：Φ10旋外径：80mm旋内径：50mm旋高：40mm防脱扣高：10mm4限位模块顶板弧度：6°顶板长：20cm顶板宽：10cm顶板厚：20mm塑料板厚:10mm顶面、地面螺孔径：Φ10钢管受力计算钢管为Φ76，壁厚13mm的钢材，高1150mm，根据整体受力分析：A=3.14×（382−iλ查Ψ=0.952Fσ=FA稳定性计算σ=支撑装置稳定性及受力计算满足使用要求。设计图纸合格，达到预期目标。（二）材料采购按照最佳方案及对策表，小组成员到市场上选购所需元件，包括钢柱、钢板、丝杠、尼龙板等，最终整体采购金额为1100元以内,材料清单如表10所示.表10材料清单序号材料名称型号单位数量1钢柱200×8厘米12钢柱5×5厘米23丝杠Φ50毫米14钢板200×200×8厘米15尼龙板50×30×2厘米16六方螺丝Φ10毫米37螺丝Φ10毫米15小组成员所采购的材料均供应商均提供和产品的质检合格证及试验报告。丝杠及丝扣质量要求，如表11所示。表11丝杠及丝扣选取要求编号名称要求型号规格(mm)1丝杠产品表面光滑无毛刺，外观干净平整旋转调节型Φ502丝扣调节误差小，受力均匀配丝杠结论：小组成员所采购的材料均为合格产品，能达到理论计算值，切丝杠和丝扣采购同一厂家生产的配套产品，满足使用要求，达到预期目标。（三）实物加工为了保证装置加工质量，现场的焊接作业由具有丰富施工经验的专业焊工乔力明进行焊接。1.支撑模块及调节木块的限位销合加工经过现场勘察数据，支撑模块的支腿选取高400mm、宽280mm，为了满足支撑强度，以120°的角度排列焊接。同时为了导气，在底板中心处打孔。限位模块的丝杠与顶部固定模块的槽进行焊接。如图7所示。图7支撑模块和限位模块组合加工图2.固定模块的加工将Φ80钢柱20mm处向下车出直径为40mm、长40mm的部分，再从钢柱已经车处部分向下15mm处车处直径为20mm、长为10mm的卡槽部分，最后再留出5mm的尾端。在顶面打出四个均匀分布，距中心27mm、直径为10mm的螺孔。如下图8所示。图8固定模块加工图3.限位模块加工用钢板和尼龙板分别裁出长200mm、宽100mm的模块，并做弧度处理。同时按照下图9所示，分别在钢板和尼龙板上打出所需螺孔。图9限位模块加工图4.校对组装各部位模块加工完成后按图纸进行校对尺寸，并组装挖成。各模块实物尺寸测量值如表12所示，组装成品如图10所示。表12实物加工确认表固定模块支撑模块调节模快限位模块实物图尺寸检查最大处直径：80mm最大处高：20mm中细处直径：40mm中细处1高：15mm中细处2高：5mm最细处直径：20mm最细处高：10mm螺孔径：Φ10孔距中心：27mm筒高：115cm外径：76mm内径：50mm底径：40cm底厚：20mm支高：40cm支厚：8mm顶丝距顶：25mm顶丝：Φ10丝杠长：50cm丝杠径：50mm顶高：50mm顶槽深：30mm槽径：40mm顶丝距顶：15mm顶丝：Φ10旋外径：80mm旋内径：50mm旋高：40mm防脱扣高：10mm顶板弧度：6°顶板长：20cm顶板宽：10cm顶板厚：20mm塑料板厚:10mm顶面、地面螺孔径：Φ10结论与图纸相符与图纸相符与图纸相符与图纸相符图10成品展示图结论：经过以上数据分析实物加工成品与设计相同，达到预期标准。（四）受力试验1.稳定性计算小组成员根据使用了GIS母线筒支撑装置后对稳定性进行了计算，稳定系数为2.405，稳定系数大于1.6的要求值，可以保证装置的稳定性。=X0=（1.4+0.9）÷2=1.15Xf=2.3-2.5÷2×cot85°=2.3-1.25×1.92=-0.1Zf=2.5÷2-2.3×tan5°=1.25-2.3×0.087=1.206Fi={175×1.15+12.15×（-0.1）}/68.93×1.206=2.405＞1.62.受力试验小组成员在实训基地对GIS母线筒支撑装置进了静力检测。静力试验：使用液压设备模拟母线对装置受力，给装置以1500N静力，为计算数值1.5倍多。装置整体及各受力部件无明显形变，符合国家电网有限公司电力安全工作规程要求。结论：静力试验符合要求，合格率100%。（五）培训基地试用1.各模块验收情况，如表13所示。表13新型GIS母线筒支撑装置各模块验收实物验收固定模块支撑模块限位模块工作模块验收使用镀锌钢柱进行固定工作模块，同时与限位模块之间转动灵活支撑效果良好1、丝杠调节高度，可进行细微调节2、丝杠强度应满足要求支持强度达到工作所需要求2.小组成员按照施工图纸将已经完成的各组模块安装到一起并逐项进行验收。支撑模块与限位模块用四颗M10×15镀锌螺栓连接，四颗螺栓均达到力矩24.5Nm。固定模块与限位模块连接，使用Φ10的顶丝进行限位，测试其转动部分，活动灵活无卡阻现象。限位模块与固定模块拼接，限位模块主体在固定模块内上下移动无摩擦现象，调节环与支撑模块配合良好。结论：各模块组装效果验收合格，满足预期目标。3.稳定性试验在实训基地小组成员使用走也过程中所使用的工具利用惯性对承受1t压力的新型GIS母线支撑装置进行碰撞试验，如表14所示。表14新型GIS母线支撑装置碰撞试验试验物品试验方法倾斜角度测量结论大撬棍一人手持撬棍做撬动完组合电器回收撬棍动作平均倾斜角度1°满足预期目标倒链施工人员拉倒链从装置边经过，岛链头与装置发生碰撞且经过装置。平均倾斜角度1°满足预期目标镀锌槽钢将槽钢的一端放置在道木上，两人台另一端向支撑装置移动，碰撞后停止移动。平均倾斜角度3°满足预期目标结论：通过对施工现场三种工具级材料的模拟作业碰撞试验，其试验结果满足设计要求，满足预期目标。多功能防倾倒GIS母线简易支撑多功能防倾倒GIS母线简易支撑装置成品效果调节模块确保支撑部位充本体延展长度满足设计要求。支持模块本体与地面接触面积延展的主要载体，用以支撑作用。固定模块固定限位模块，联接限位模块，同时保证限位模块灵活转动。限位模块用以母线的支持作用，同时对母线外皮进行保护。图11GIS母线筒支撑装置组装效果图六、效果检查（一）现场使用xx500kV变电站扩建工程，使用该支撑装置进行支撑。在整个支撑过程中发现：在母线放置到装置的调节模块只需要进行一次调整，在后面的整个工作过程中，完全可以保证母线能够平稳的支撑，本装置的使用确保了母线在安装过程中的稳定性。（二）目标值检查通过施工过程中对母线筒支撑情况的观察，本次采用GIS母线筒支撑装置进行临时支撑，施工过程中支撑装置能够保持稳定的支撑作用，确保了设备支撑的稳定性和安全性。