隔离开关操作机构箱渗水解决方法的研究

2024-01-31张跃峰白双全黄春富何光龙杨绍昆

电气技术与经济 2024年1期

张跃峰白双全黄春富何光龙杨绍昆

（云南电网有限责任公司昆明供电局）

0 引言

隔离开关是在分闸位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合闸位置时，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）下的电流的开关设备，也称刀闸，是一种主要用于“隔离电源、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路”、无灭弧功能的开关器件［1］。

1 隔离开关的分类和结构

隔离开关本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，对其工作可靠性要求高，其对电网安全运行的影响较大。

（1）根据额定电流大小及机械操作稳定次数等差别，隔离开关分为：

1）M0级隔离开关：具有1000次操作循环的机械寿命，适合输、配电系统中使用且满足一般要求的隔离开关。

2）M1级隔离开关：具有2000次操作循环的延长机械寿命的隔离开关，主要用于隔离开关和同等级的断路器关联操作的场合。

3）M2级隔离开关：具有10000次操作循环的机械寿命，主要用于隔离开关和同等级的断路器关联操作的场合。

（2）按照隔离开关在电网中担负的任务及使用条件，其基本要求有：

1）隔离开关分开后应有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔离。

2）隔离开关断点间应有足够的绝缘距离，以保证在过电压情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

3）在短路情况下，隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性，尤其是不能因电动力的作用而自动分开，否则将引起严重事故。

4）具有开断一定的电容电流、电感电流和环流的能力。

5）分、合闸时的同期性要好，有最佳的分、合闸的速度，以尽可能降低操作过电压、燃弧次数和无线电干扰。

6）隔离开关的结构应简单，动作要可靠，且有一定的机械强度；金属制件应能耐受氧化而不腐蚀；在冰冻的环境里能可靠地分、合闸。

7）带有接地开关的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证停电时先断开隔离开关，后闭合接地开关，送电时先断开接地开关后闭合隔离开关的操作顺序。

8）通过辅助触点，隔离开关与断路器之间应有电气闭锁，以防带负荷误拉、合隔离开关。

隔离开关的分类见下表。

表隔离开关的分类

（3）隔离开关的结构

1）导电部分

导电部分一般由动、静触头两部分组成。在合闸状态下能稳定可靠的通过额定电流、短时耐受电流、峰值耐受电流；在分合闸过程中开合小的容性和感性电流或母线转移电流；在分闸状态下提供安全可见的绝缘断口。

2）绝缘部分

绝缘子一般为瓷质，也有用硅橡胶制作。用于支撑导电部分，并保证导电回路有可靠的对地、极间及断口间绝缘水平；能可靠的承受隔离开关合分单元重力及与之相连接的导线拉力，以及故障电流所产生的电动力、风力、地震引起的振动力，部分或全部绝缘子同时也用作传动部分。

3）传动部分及底座

传动部分主要由底架及其上附属的传动、转换等结构组成，主要作用如下：保证产品本身的结构特性，承受所有的结构力；提供至设备安装基础的接口并附装接地开关、联锁装置；将地面的操作指令及操作能量传递给主导电部分使之产生相应准确的动作。

4）操作机构

操作机构分为手动操作机构和电动操作机构，具体作用为：准确地执行操作指令，将指令转换为操作能源相应的动作，将手动力或电机转动转换为符合要求的机构输出轴的转动，并通过操作传动部分传递至导电部分以执行相应的分合闸功能。

操作机构由控制面板、电动机、减速箱、限位开关、辅助开关、接触器、转换开关、按扭、空气开关、温湿度控制器等组成。

2 隔离开关操作机构箱渗水分析

隔离开关电动操作机构箱一般由优质不锈钢材料制成，具有相应强度和防尘、防水功能，如图1所示。

图1 隔离开关操作机构箱

2.1 隔离开关机构箱前门

隔离开关前门与箱体之间有密封胶条，当前门关闭时，胶条的密封作用可以很好的防止潮气和水气进入机构箱，如图2所示。

图2 隔离开关机构箱前门

2.2 隔离开关机构箱侧门

隔离开关机箱侧门与箱体之间有密封胶条，当侧门关闭时，胶条的密封作用可以很好的防止潮气和水气进入机构箱。有时侧门上设置有透气阀，两边侧门的结构设置可使气体良好对流。该阀设计可以防止飞虫和雨水进入机构箱内部，如图3所示，机构箱内一般都有温湿度监测装置，并有加热器，当潮气进入机构箱内部，湿度过大时，温湿度监测装置起动加热器及时排潮，不会对机构箱内部湿度造成影响［2］。

图3 隔离开关机构箱侧门

2.3 隔离开关机构箱背板

机构箱板装有挂架，通过槽钢焊接与隔离开关基础支柱相连，为整体结构，无进水、渗水风险，如图4所示。

图4 隔离开关机构箱背板

2.4 隔离开关底板

隔离开关控制电缆由操作机构箱底部穿入机构箱内，并用防火材料密封，是防水防潮的薄弱环节，如图5所示。如果防火材料封堵不严或长时间运行有所缺失，潮气会进入机构箱内，但正常情况下无进水风险。机构箱内有加热措施消除湿气，因此这不是我们研究的重点。

图5 隔离开关控制电缆

2.5 隔离开关机构箱顶部

隔离开关传动机构输出轴由机构箱顶部穿出，如图6所示。雨水落在机构箱顶部会沿其坡度流下，输出轴穿出部位也有特殊密封措施，雨水一般不会进入机构箱内部。但降雨量的增大和长期运行密封的退化使机构进水的风险大大增加，因此，这是我们研究的重点。

图6 隔离开关机构箱顶部

图7 为一种常见的输出轴密封方式。此种密封的优点是结构简单可靠，缺点是随着运行的增加密封性能会退化。

图7 常见的输出轴密封方式

3 隔离开关操作机构箱渗水解决方法的研究

目前电网内有着数量巨大的隔离开关在户外运行，受力、电、磁、热、化学等多因素作用，输出轴密封退化在所难免，因机构箱渗水导致的缺陷也在呈上升趋势。更换机构箱不仅费时费力，也不经济。因此，研究一种隔离开关操作机构箱渗水解决方法很有必要。

3.1 隔离开关操作机构箱进水的危害

机构箱顶部进水会顺着输出轴一路蔓延向下，浸湿各部轴销、连杆、二次元器件等，加上加热器蒸发使湿度增大，且不易排出，长期潮湿环境会使各部件生锈。一次元器件生锈使机械强度下降，转动、传动部位卡涩，隔离开关分合闸时增大电机扭矩，严重者可造成电机热保护动作，分合动作停止，若此时动静触头距离较近，正在拉弧，电弧长时间灼烧会使触头镀银层脱落甚至烧伤铜导电部分。长时严重锈蚀会使部件破损、断裂、脱落，造成隔离开关拒动。二次元器件浸水生锈会造成隔离开关拒动或误动。

3.2 隔离开关机构箱渗水的解决方法

通过以上分析可知机构箱顶部输出轴部位是进水薄弱部位，解决此处渗水将会杜绝机构箱进水问题。

（1）设计一种IP等级更高、更可靠防水的机构箱。当前隔离开关生产厂家出厂的隔离开关机构箱防护等级普遍达到IP55，理论上能够满足户外防尘、防水要求，只是机构箱长期在户外运行，个别密封性能退化导致进水，重新设计密封形式显然没到必要的程度。

（2）对渗水部位进行封堵，能暂时解决进水、渗水问题，但会对垂直连杆转动造成影响，长期运行还会有渗水风险。

（3）设计一种防止隔离开关机构进水的装置，装置结构简单、易于安装，不改变隔离开关机构箱现有结构，通用性强。在发现机构箱有渗水风险或机构箱进水时安装，是科学、经济的解决方法。

4 一种防止隔离开关机构进水的装置

装置结构如图8所示，分为防雨盘与防雨凸台。防雨盘可用不锈钢或橡胶材质，直径应大于140mm，确保能覆盖机构箱输出轴与垂直连杆连接过渡的直径。防雨盘与垂直连杆接触面有橡胶密封或涂结构胶，一是增大摩擦防止下滑，二是确保雨水不能从缝隙顺垂直连杆下流。防雨盘的顶面沿中心向外径向下倾斜形成排水斜面，使雨水顺利流下。