隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱滲水解決方法的研究

張躍峰 白雙全 黃春富 何光龍 楊紹昆

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局）

0 引言

隔離開關(guān)是在分閘位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合閘位置時(shí)，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開關(guān)設(shè)備，也稱刀閘，是一種主要用于“隔離電源、倒閘操作、用以連通和切斷小電流電路”、無滅弧功能的開關(guān)器件［1］。

1 隔離開關(guān)的分類和結(jié)構(gòu)

隔離開關(guān)本身的工作原理及結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是由于使用量大，對(duì)其工作可靠性要求高，其對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響較大。

（1）根據(jù)額定電流大小及機(jī)械操作穩(wěn)定次數(shù)等差別，隔離開關(guān)分為：

1）M0級(jí)隔離開關(guān)：具有1000次操作循環(huán)的機(jī)械壽命，適合輸、配電系統(tǒng)中使用且滿足一般要求的隔離開關(guān)。

2）M1級(jí)隔離開關(guān)：具有2000次操作循環(huán)的延長(zhǎng)機(jī)械壽命的隔離開關(guān)，主要用于隔離開關(guān)和同等級(jí)的斷路器關(guān)聯(lián)操作的場(chǎng)合。

3）M2級(jí)隔離開關(guān)：具有10000次操作循環(huán)的機(jī)械壽命，主要用于隔離開關(guān)和同等級(jí)的斷路器關(guān)聯(lián)操作的場(chǎng)合。

（2）按照隔離開關(guān)在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)的任務(wù)及使用條件，其基本要求有：

1）隔離開關(guān)分開后應(yīng)有明顯的斷開點(diǎn)，易于鑒別設(shè)備是否與電網(wǎng)隔離。

2）隔離開關(guān)斷點(diǎn)間應(yīng)有足夠的絕緣距離，以保證在過電壓情況下，不致引起擊穿而危及工作人員的安全。

3）在短路情況下，隔離開關(guān)應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性，尤其是不能因電動(dòng)力的作用而自動(dòng)分開，否則將引起嚴(yán)重事故。

4）具有開斷一定的電容電流、電感電流和環(huán)流的能力。

5）分、合閘時(shí)的同期性要好，有最佳的分、合閘的速度，以盡可能降低操作過電壓、燃弧次數(shù)和無線電干擾。

6）隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，動(dòng)作要可靠，且有一定的機(jī)械強(qiáng)度；金屬制件應(yīng)能耐受氧化而不腐蝕；在冰凍的環(huán)境里能可靠地分、合閘。

7）帶有接地開關(guān)的隔離開關(guān)，必須裝設(shè)連鎖機(jī)構(gòu)，以保證停電時(shí)先斷開隔離開關(guān)，后閉合接地開關(guān)，送電時(shí)先斷開接地開關(guān)后閉合隔離開關(guān)的操作順序。

8）通過輔助觸點(diǎn)，隔離開關(guān)與斷路器之間應(yīng)有電氣閉鎖，以防帶負(fù)荷誤拉、合隔離開關(guān)。

隔離開關(guān)的分類見下表。

表 隔離開關(guān)的分類

（3）隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)

1）導(dǎo)電部分

導(dǎo)電部分一般由動(dòng)、靜觸頭兩部分組成。在合閘狀態(tài)下能穩(wěn)定可靠的通過額定電流、短時(shí)耐受電流、峰值耐受電流；在分合閘過程中開合小的容性和感性電流或母線轉(zhuǎn)移電流；在分閘狀態(tài)下提供安全可見的絕緣斷口。

2）絕緣部分

絕緣子一般為瓷質(zhì)，也有用硅橡膠制作。用于支撐導(dǎo)電部分，并保證導(dǎo)電回路有可靠的對(duì)地、極間及斷口間絕緣水平；能可靠的承受隔離開關(guān)合分單元重力及與之相連接的導(dǎo)線拉力，以及故障電流所產(chǎn)生的電動(dòng)力、風(fēng)力、地震引起的振動(dòng)力，部分或全部絕緣子同時(shí)也用作傳動(dòng)部分。

3）傳動(dòng)部分及底座

傳動(dòng)部分主要由底架及其上附屬的傳動(dòng)、轉(zhuǎn)換等結(jié)構(gòu)組成，主要作用如下：保證產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)特性，承受所有的結(jié)構(gòu)力；提供至設(shè)備安裝基礎(chǔ)的接口并附裝接地開關(guān)、聯(lián)鎖裝置；將地面的操作指令及操作能量傳遞給主導(dǎo)電部分使之產(chǎn)生相應(yīng)準(zhǔn)確的動(dòng)作。

4）操作機(jī)構(gòu)

操作機(jī)構(gòu)分為手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，具體作用為：準(zhǔn)確地執(zhí)行操作指令，將指令轉(zhuǎn)換為操作能源相應(yīng)的動(dòng)作，將手動(dòng)力或電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為符合要求的機(jī)構(gòu)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過操作傳動(dòng)部分傳遞至導(dǎo)電部分以執(zhí)行相應(yīng)的分合閘功能。

操作機(jī)構(gòu)由控制面板、電動(dòng)機(jī)、減速箱、限位開關(guān)、輔助開關(guān)、接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按扭、空氣開關(guān)、溫濕度控制器等組成。

2 隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱滲水分析

隔離開關(guān)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)箱一般由優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料制成，具有相應(yīng)強(qiáng)度和防塵、防水功能，如圖1所示。

圖1 隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱

2.1 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱前門

隔離開關(guān)前門與箱體之間有密封膠條，當(dāng)前門關(guān)閉時(shí)，膠條的密封作用可以很好的防止潮氣和水氣進(jìn)入機(jī)構(gòu)箱，如圖2所示。

圖2 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱前門

2.2 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱側(cè)門

隔離開關(guān)機(jī)箱側(cè)門與箱體之間有密封膠條，當(dāng)側(cè)門關(guān)閉時(shí)，膠條的密封作用可以很好的防止潮氣和水氣進(jìn)入機(jī)構(gòu)箱。有時(shí)側(cè)門上設(shè)置有透氣閥，兩邊側(cè)門的結(jié)構(gòu)設(shè)置可使氣體良好對(duì)流。該閥設(shè)計(jì)可以防止飛蟲和雨水進(jìn)入機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部，如圖3所示，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)一般都有溫濕度監(jiān)測(cè)裝置，并有加熱器，當(dāng)潮氣進(jìn)入機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部，濕度過大時(shí)，溫濕度監(jiān)測(cè)裝置起動(dòng)加熱器及時(shí)排潮，不會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部濕度造成影響［2］。

圖3 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱側(cè)門

2.3 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱背板

機(jī)構(gòu)箱板裝有掛架，通過槽鋼焊接與隔離開關(guān)基礎(chǔ)支柱相連，為整體結(jié)構(gòu)，無進(jìn)水、滲水風(fēng)險(xiǎn)，如圖4所示。

圖4 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱背板

2.4 隔離開關(guān)底板

隔離開關(guān)控制電纜由操作機(jī)構(gòu)箱底部穿入機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，并用防火材料密封，是防水防潮的薄弱環(huán)節(jié)，如圖5所示。如果防火材料封堵不嚴(yán)或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行有所缺失，潮氣會(huì)進(jìn)入機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，但正常情況下無進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)構(gòu)箱內(nèi)有加熱措施消除濕氣，因此這不是我們研究的重點(diǎn)。

圖5 隔離開關(guān)控制電纜

2.5 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱頂部

隔離開關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸由機(jī)構(gòu)箱頂部穿出，如圖6所示。雨水落在機(jī)構(gòu)箱頂部會(huì)沿其坡度流下，輸出軸穿出部位也有特殊密封措施，雨水一般不會(huì)進(jìn)入機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部。但降雨量的增大和長(zhǎng)期運(yùn)行密封的退化使機(jī)構(gòu)進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，因此，這是我們研究的重點(diǎn)。

圖6 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱頂部

圖7 為一種常見的輸出軸密封方式。此種密封的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，缺點(diǎn)是隨著運(yùn)行的增加密封性能會(huì)退化。

圖7 常見的輸出軸密封方式

3 隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱滲水解決方法的研究

目前電網(wǎng)內(nèi)有著數(shù)量巨大的隔離開關(guān)在戶外運(yùn)行，受力、電、磁、熱、化學(xué)等多因素作用，輸出軸密封退化在所難免，因機(jī)構(gòu)箱滲水導(dǎo)致的缺陷也在呈上升趨勢(shì)。更換機(jī)構(gòu)箱不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也不經(jīng)濟(jì)。因此，研究一種隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱滲水解決方法很有必要。

3.1 隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱進(jìn)水的危害

機(jī)構(gòu)箱頂部進(jìn)水會(huì)順著輸出軸一路蔓延向下，浸濕各部軸銷、連桿、二次元器件等，加上加熱器蒸發(fā)使?jié)穸仍龃?，且不易排出，長(zhǎng)期潮濕環(huán)境會(huì)使各部件生銹。一次元器件生銹使機(jī)械強(qiáng)度下降，轉(zhuǎn)動(dòng)、傳動(dòng)部位卡澀，隔離開關(guān)分合閘時(shí)增大電機(jī)扭矩，嚴(yán)重者可造成電機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作，分合動(dòng)作停止，若此時(shí)動(dòng)靜觸頭距離較近，正在拉弧，電弧長(zhǎng)時(shí)間灼燒會(huì)使觸頭鍍銀層脫落甚至燒傷銅導(dǎo)電部分。長(zhǎng)時(shí)嚴(yán)重銹蝕會(huì)使部件破損、斷裂、脫落，造成隔離開關(guān)拒動(dòng)。二次元器件浸水生銹會(huì)造成隔離開關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)。

3.2 隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱滲水的解決方法

通過以上分析可知機(jī)構(gòu)箱頂部輸出軸部位是進(jìn)水薄弱部位，解決此處滲水將會(huì)杜絕機(jī)構(gòu)箱進(jìn)水問題。

（1）設(shè)計(jì)一種IP等級(jí)更高、更可靠防水的機(jī)構(gòu)箱。當(dāng)前隔離開關(guān)生產(chǎn)廠家出廠的隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱防護(hù)等級(jí)普遍達(dá)到IP55，理論上能夠滿足戶外防塵、防水要求，只是機(jī)構(gòu)箱長(zhǎng)期在戶外運(yùn)行，個(gè)別密封性能退化導(dǎo)致進(jìn)水，重新設(shè)計(jì)密封形式顯然沒到必要的程度。

（2）對(duì)滲水部位進(jìn)行封堵，能暫時(shí)解決進(jìn)水、滲水問題，但會(huì)對(duì)垂直連桿轉(zhuǎn)動(dòng)造成影響，長(zhǎng)期運(yùn)行還會(huì)有滲水風(fēng)險(xiǎn)。

（3）設(shè)計(jì)一種防止隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)水的裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝，不改變隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，通用性強(qiáng)。在發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)箱有滲水風(fēng)險(xiǎn)或機(jī)構(gòu)箱進(jìn)水時(shí)安裝，是科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的解決方法。

4 一種防止隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)水的裝置

裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示，分為防雨盤與防雨凸臺(tái)。防雨盤可用不銹鋼或橡膠材質(zhì)，直徑應(yīng)大于140mm，確保能覆蓋機(jī)構(gòu)箱輸出軸與垂直連桿連接過渡的直徑。防雨盤與垂直連桿接觸面有橡膠密封或涂結(jié)構(gòu)膠，一是增大摩擦防止下滑，二是確保雨水不能從縫隙順垂直連桿下流。防雨盤的頂面沿中心向外徑向下傾斜形成排水斜面，使雨水順利流下。

圖8 一種防止隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)水的裝置

防雨盤在雨量較大或風(fēng)吹雨的情況下，效果欠佳，還需加裝防雨凸臺(tái)。防雨凸臺(tái)環(huán)繞垂直連桿連接過渡，用結(jié)構(gòu)膠固定于機(jī)構(gòu)箱頂部，兩環(huán)高度相距50～100mm。

防雨盤與防雨凸臺(tái)配合能解決隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱進(jìn)水問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

2021年4月，試制了兩套橡膠材質(zhì)裝置安裝于滲水設(shè)備上，裝置經(jīng)過了2年雨季和季節(jié)變化的考驗(yàn)均完好，老化現(xiàn)象輕微，隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱無再進(jìn)水現(xiàn)象。裝置防水作用有效，解決了隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱進(jìn)水問題。

實(shí)踐證明本文裝置安裝無需設(shè)備停電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，是對(duì)戶外機(jī)構(gòu)箱防水的有效探索，也有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。