高稳定性隔离开关传动机构设计

张慧宁

(黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004)

0 引言

隔离开关是一种主要用于隔离电源、倒闸操作、连通和切断小电流电路，无灭弧功能的开关器件。其主要技术特点是能够在回路中形成明显的断开点，为检修人员提供安全保障。隔离开关在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件(例如短路)下的电流。

高压隔离开关的传动系统是完全裸露在户外环境下，常年承受风吹、日晒、雨淋、雪盖等各种气候条件的影响，长时间运行经常出现合闸不到位、分合闸操作失灵等机械故障导致停电事故发生，可靠性逐年递减，事故率呈上升趋势，因此设计可靠的隔离开关传动机构，对保障电网安全运行至关重要。

1 存在的问题

在电力系统中高压开关设备起着控制、测量和保护作用，对电网的安全运行至关重要。高压隔离开关是电力系统中基础开关电器之一，在电力系统中起隔离电源、分合小电流、进行倒闸操作、改变运行方式等作用，对变电站和发电厂的设计建设和安全运行影响较大，是电力系统稳定运行的重要装置[1]。高压隔离开关是变电站辅助开关开、断电流进行倒闸操作的主要设备之一，其开关分合闸所需转轴由传动机构传递，由于传动机构中各构件之间采用动配合，因此必然会出现一些支撑不稳定的情况，在操作过程中容易造成齿轮与主轴之间的传动失效，引起隔离开关分合闸不到位，传动机构不稳定等，降低了传动机构的传动精度和稳定性，影响了隔离开关的正常运行，必然会对设备的安全运行产生影响，也会对人员安全造成威胁[2-3]。

2 整体设计

针对机械故障引起的隔离开关工作不稳定问题，本文设计了一种高稳定性隔离开关传动机构，主要包括固封极柱、传动轴和2个隔离刀片。固封极柱位于传动轴的后方，2个隔离刀片位于传动轴下方的前后两侧，传动轴的外侧壁安装有密封板，密封板的右侧与固封极柱固定连接，传动轴右侧的外侧壁设有多个均匀分布的啮合牙齿，多个啮合牙齿的下方啮合连接有啮合齿轮，啮合齿轮的中部固定连接有连接轴，2个隔离刀片的内侧壁与连接轴的外侧壁固定连接，2个隔离刀片分别位于啮合齿轮的前后两侧，啮合齿轮的外侧壁啮合连接有稳定齿套，稳定齿套的下方设置有隔离刀座，隔离刀座的后端面与固封极柱的前端面固定连接。高稳定性隔离开关传动机构的整体结构图如图1所示。

1—固封极柱；2—传动轴；201—啮合牙齿；3—密封板；4—隔离刀片；401—连接轴；402—转向套；406—减震弹簧；407—限位螺帽。

本设计中将稳定齿套的左右均固定连接有连接支架，2个连接支架的下方均贯穿隔离刀座并延伸至隔离刀座的下方，稳定齿套是有花键孔的环状零件，与齿毂的外花键连接。隔离刀座的下方设置有2个与连接支架相匹配的限位螺帽，隔离刀座的上方设置有2个与连接支架相匹配的减震弹簧，2个隔离刀片的前后两侧设置有与连接轴相匹配的转向套，啮合齿轮与稳定齿套的结构图如图2所示。

201—啮合牙齿；401—连接轴；403—啮合齿轮；404—稳定齿套；405—连接支架；5—隔离刀座。

3 方案实施与优化技术

本文设计的高稳定性隔离开关传动机构，传动轴在啮合齿轮的上方进行驱动，啮合齿轮便于支撑传动轴，从而提高传动轴的稳定性能；2个隔离刀片连接轴固定在啮合齿轮的前后两侧，通过啮合齿轮转动，同步驱动隔离刀片转动；稳定齿套左右均固定连接有连接支架，支架与刀座连接，当需要变速时，套在齿毂上的齿套沿轴向移动，将花键孔同时套在齿轮的结合齿上就实现了稳定的动力连接和传递；刀座的下方设置有2个与连接支架相匹配的限位螺帽，通过安装2个螺帽紧固在支架上，保证弹性部件的扭转角不超过某限定的值，限制机构在一定的安全范围内运行；刀座的上方设置有2个与连接支架相匹配的减震弹簧，通过高强度的减震弹簧产生压缩变形，减轻冲击，降低隔离开关自身的动应力，提高运行过程中的平顺性，起到减震作用，传动轴的俯视图如图3所示。

2—传动轴；201—啮合牙齿； 4—隔离刀片；401—连接轴；402—转向套； 404—稳定齿套。

弹簧长期处于反复受力和恢复过程中，疲劳寿命需要达到数万次以上，外力卸载后应恢复到初始位置，要求弹簧的塑性变形越小越好，钢丝应具有较高的弹性极限和较高的恢复率，要求曲度强度和抗拉性较高[4]。本设计中的减震弹簧用料的截面基本都是圆形，主要为满足安装空间力度和刚度的要求，使其具有性能稳定性强和精度准确度高等特点。

限位螺帽方便连接支架与隔离刀座，在连接支架的外侧壁安装减震弹簧，使连接支架具有减震性能，进一步提高隔离开关传动机构的稳定性能，同时，转动限位螺帽，方便调节连接支架，使隔离开关传动机构便于安装与调试，增强传动的稳定性和使用的可靠性。

4 实验数据分析

实验器具：具有高稳定性隔离开关传动机构的隔离开关、常规的隔离开关、振动台。

实验过程：将2种隔离开关均固定放置于振动台上，启动振动台，每间隔30 min隔离开关开合1次，查看是否出现故障，记录8 h内出现故障的次数。振动频率设定为一档60次/h，二档300次/h，二档600次/h。实验数据如表1和表2所示。

表1 第一组实验数据

表2 第二组实验数据

实验分析：在低震动状态下，常规的隔离开关和采用本方案的隔离开关均具有较好的稳定性；当震动增大时，采用本方案的隔离开关的稳定性优于常规的隔离开关；在高震动状态下，采用本方案的隔离开关的稳定性远远优于常规的隔离开关。

5 结语

通过对隔离开关的传动机构进行优化改良，优化后的隔离开关传动机构周围的各个部件之间能够更好地协同工作，结构布置更合理，不仅使得减震性能得到提高，也保证了操作机构的整体稳定性能，并且在产品通用系列化方面具有很大的促进作用，减少了对操作人员造成人身伤害危险的可能性，提高了设备的安全性和操作可靠性。该隔离开关传动机构稳定性高，且成本低，因此具有一定的参考价值和社会推广应用前景。