中压SF6充气柜密封性能研究

王军委，李如壁

（1.许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000；2.许昌许继德理施尔电气有限公司，河南 许昌 461000）

0 引 言

充气柜具有体积小、可靠性高、操作人员安全性好、不受外界环境因素影响等优点，特别适应于目前大都市的供电集成化、自动化、地下化和小型化的发展趋势。40.5 kV充气柜的优势主要表现在减少占地面积和不受外界环境干扰方面，特别适用于城网建设和改造[1-4]。所以，随着城网建设的加快，大都市迅速崛起，为充气柜的发展提供了广阔空间，如城市电网建设、城市地铁、轻轨、高层建筑、大型工矿企业，以及特殊使用场合如温度变化大和高湿环境（如湿、热带地区）、高温及低温地区（如沙漠地区和南北两极区）、环境中含有自然物质（沿海的盐雾、工业粉尘）或化学性腐蚀物质（化工厂、炼油厂）等地方。

1 密封性能重要性

1.1 漏气率的一般要求

对于充气柜而言，漏气率是生产厂家和用户比较关心的问题之一。各个生产厂家一般都是按照使用寿命30年来设计的，SF6气体的年漏气率控制在0.5%以下。密封设计时要充分考虑密封圈的压缩量、寿命及老化等方面；密封要考虑密封元件的压缩量、寿命、老化及可靠性方面的因素[5]。

1.2 密封型式分类

密封型式主要可以分为焊接密封、静密封和动密封3类，其中动密封的长期可靠性是充气柜生产中的密封难点。目前，动密封通常采用金属波纹管密封技术和磁流体密封技术。金属波纹管密封技术较为成熟，已在真空灭弧室中等到广泛应用。金属波纹管密封技术通过设置与绝缘拉杆连接的金属波纹管组件，保证绝缘拉杆与充气柜之间的动密封。由于金属波纹管采用全焊接的波纹管结构，而波纹管抗扭动能力差，扭动易损伤波纹管而造成渗漏。另外，波纹管多次往复运动易损伤，机械寿命不高。

1.3 直动式密封技术的必要性

为了解决现有金属波纹管密封技术中存在的不足，本文提出直动式密封技术，以解决现有金属波纹管密封技术动密封性能差、易损坏的问题，从而提高充气柜密封性能，延长其使用寿命。

2 方案实施

如图1所示，此直动式密封装置主要应用于充气柜的气箱内外固封极柱的绝缘拉杆轴与断路器机构之间往复运动的密封结构。气密性的好坏直接决定整个充气柜的性能。气箱上安装有密封板，密封板上设有安装孔，安装孔内装配有直动密封装置，主要由密封板1、轴套工装2、轴套3、绝缘拉杆轴4、防尘圈5、U型密封圈6、O型密封圈7以及弹性挡圈8等组成。工作原理是轴套3通过两端的轴套工装2和弹性挡圈8固定在密封板1的安装孔上，两个轴套工装2中间安装有O型密封圈7，能满足轴套3与密封板1之间的径向运动，其中运动距离视O型密封圈的压缩量而定。绝缘拉杆轴4贯穿轴套2内的防尘圈5和U型密封圈6。U型密封圈6的开口方向朝向压力侧（气箱内部），当被密封介质压力增大时，唇口被撑开，从而更加紧密地与密封面贴合，进一步增强密封性。此设计既能保证绝缘拉杆轴4做往复运动，又能在轴径向跳动时保证充气柜的气密性。防尘圈5可以清除绝缘拉杆轴4上的附着性灰尘，防止污染气箱内部绝缘件。直动式密封装置实物，如图2所示。

图1 直动式密封装置示意图

图2 直动式密封装置实物图

3 试验验证

对装配有直动式密封装置的开关柜进行试验。选择5台开关柜样品，编号分别为1#、2#、3#、4#和5#。操作每台开关柜的断路器前，先做如下工作：对开关柜分别进行抽真空检漏试验，记录试验数据；分别对断路器操作5 000、10 000、15 000、20 000次时停下，对开关柜进行抽真空检漏试验，记录其测试数据；分析试验数据进行，判别密封性能的好坏程度。试验设备如图3所示。

图3 ULVAC真空箱自动氦检漏装置

试验结果如表1所示。从5组样品得到的试验数据可知：断路器操作次数逐渐增加至20 000次的过程中，开关柜的漏气率变化不大；5组样品的漏气率最大值是0.023%，远优于充气柜一般要求的漏气率小于0.5%。数据分析结果表明，充气柜的断路器拉杆处采用直动式的密封设计完全可行。

表1 漏气率试验数据对比（单位：%）

4 结 论

通过样机试制进行大量的试验，根据试验数据及分析得出结论：充气柜的气箱内外固封极柱的绝缘拉杆轴与断路器机构之间往复运动的密封结构采用直动式密封，完全满足充气柜漏气率的一般设计要求，可达到预期目的。