隔離開關操作機構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

（云南電網有限責任公司昆明供電局）

0 引言

隔離開關是在分閘位置時，觸頭間有符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合閘位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規定時間內異常條件（例如短路）下的電流的開關設備，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”、無滅弧功能的開關器件［1］。

1 隔離開關的分類和結構

隔離開關本身的工作原理及結構比較簡單，但是由于使用量大，對其工作可靠性要求高，其對電網安全運行的影響較大。

（1）根據額定電流大小及機械操作穩定次數等差別，隔離開關分為：

1）M0級隔離開關：具有1000次操作循環的機械壽命，適合輸、配電系統中使用且滿足一般要求的隔離開關。

2）M1級隔離開關：具有2000次操作循環的延長機械壽命的隔離開關，主要用于隔離開關和同等級的斷路器關聯操作的場合。

3）M2級隔離開關：具有10000次操作循環的機械壽命，主要用于隔離開關和同等級的斷路器關聯操作的場合。

（2）按照隔離開關在電網中擔負的任務及使用條件，其基本要求有：

1）隔離開關分開后應有明顯的斷開點，易于鑒別設備是否與電網隔離。

2）隔離開關斷點間應有足夠的絕緣距離，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，隔離開關應具有足夠的熱穩定性和動穩定性，尤其是不能因電動力的作用而自動分開，否則將引起嚴重事故。

4）具有開斷一定的電容電流、電感電流和環流的能力。

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

6）隔離開關的結構應簡單，動作要可靠，且有一定的機械強度；金屬制件應能耐受氧化而不腐蝕；在冰凍的環境里能可靠地分、合閘。

7）帶有接地開關的隔離開關，必須裝設連鎖機構，以保證停電時先斷開隔離開關，后閉合接地開關，送電時先斷開接地開關后閉合隔離開關的操作順序。

8）通過輔助觸點，隔離開關與斷路器之間應有電氣閉鎖，以防帶負荷誤拉、合隔離開關。

隔離開關的分類見下表。

表 隔離開關的分類

（3）隔離開關的結構

1）導電部分

導電部分一般由動、靜觸頭兩部分組成。在合閘狀態下能穩定可靠的通過額定電流、短時耐受電流、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移電流；在分閘狀態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，也有用硅橡膠制作。用于支撐導電部分，并保證導電回路有可靠的對地、極間及斷口間絕緣水平；能可靠的承受隔離開關合分單元重力及與之相連接的導線拉力，以及故障電流所產生的電動力、風力、地震引起的振動力，部分或全部絕緣子同時也用作傳動部分。

3）傳動部分及底座

傳動部分主要由底架及其上附屬的傳動、轉換等結構組成，主要作用如下：保證產品本身的結構特性，承受所有的結構力；提供至設備安裝基礎的接口并附裝接地開關、聯鎖裝置；將地面的操作指令及操作能量傳遞給主導電部分使之產生相應準確的動作。

4）操作機構

操作機構分為手動操作機構和電動操作機構，具體作用為：準確地執行操作指令，將指令轉換為操作能源相應的動作，將手動力或電機轉動轉換為符合要求的機構輸出軸的轉動，并通過操作傳動部分傳遞至導電部分以執行相應的分合閘功能。

操作機構由控制面板、電動機、減速箱、限位開關、輔助開關、接觸器、轉換開關、按扭、空氣開關、溫濕度控制器等組成。

2 隔離開關操作機構箱滲水分析

隔離開關電動操作機構箱一般由優質不銹鋼材料制成，具有相應強度和防塵、防水功能，如圖1所示。

圖1 隔離開關操作機構箱

2.1 隔離開關機構箱前門

隔離開關前門與箱體之間有密封膠條，當前門關閉時，膠條的密封作用可以很好的防止潮氣和水氣進入機構箱，如圖2所示。

圖2 隔離開關機構箱前門

2.2 隔離開關機構箱側門

隔離開關機箱側門與箱體之間有密封膠條，當側門關閉時，膠條的密封作用可以很好的防止潮氣和水氣進入機構箱。有時側門上設置有透氣閥，兩邊側門的結構設置可使氣體良好對流。該閥設計可以防止飛蟲和雨水進入機構箱內部，如圖3所示，機構箱內一般都有溫濕度監測裝置，并有加熱器，當潮氣進入機構箱內部，濕度過大時，溫濕度監測裝置起動加熱器及時排潮，不會對機構箱內部濕度造成影響［2］。

圖3 隔離開關機構箱側門

2.3 隔離開關機構箱背板

機構箱板裝有掛架，通過槽鋼焊接與隔離開關基礎支柱相連，為整體結構，無進水、滲水風險，如圖4所示。

圖4 隔離開關機構箱背板

2.4 隔離開關底板

隔離開關控制電纜由操作機構箱底部穿入機構箱內，并用防火材料密封，是防水防潮的薄弱環節，如圖5所示。如果防火材料封堵不嚴或長時間運行有所缺失，潮氣會進入機構箱內，但正常情況下無進水風險。機構箱內有加熱措施消除濕氣，因此這不是我們研究的重點。

圖5 隔離開關控制電纜

2.5 隔離開關機構箱頂部

隔離開關傳動機構輸出軸由機構箱頂部穿出，如圖6所示。雨水落在機構箱頂部會沿其坡度流下，輸出軸穿出部位也有特殊密封措施，雨水一般不會進入機構箱內部。但降雨量的增大和長期運行密封的退化使機構進水的風險大大增加，因此，這是我們研究的重點。

圖6 隔離開關機構箱頂部

圖7 為一種常見的輸出軸密封方式。此種密封的優點是結構簡單可靠，缺點是隨著運行的增加密封性能會退化。

圖7 常見的輸出軸密封方式

3 隔離開關操作機構箱滲水解決方法的研究

目前電網內有著數量巨大的隔離開關在戶外運行，受力、電、磁、熱、化學等多因素作用，輸出軸密封退化在所難免，因機構箱滲水導致的缺陷也在呈上升趨勢。更換機構箱不僅費時費力，也不經濟。因此，研究一種隔離開關操作機構箱滲水解決方法很有必要。

3.1 隔離開關操作機構箱進水的危害

機構箱頂部進水會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，加上加熱器蒸發使濕度增大，且不易排出，長期潮濕環境會使各部件生銹。一次元器件生銹使機械強度下降，轉動、傳動部位卡澀，隔離開關分合閘時增大電機扭矩，嚴重者可造成電機熱保護動作，分合動作停止，若此時動靜觸頭距離較近，正在拉弧，電弧長時間灼燒會使觸頭鍍銀層脫落甚至燒傷銅導電部分。長時嚴重銹蝕會使部件破損、斷裂、脫落，造成隔離開關拒動。二次元器件浸水生銹會造成隔離開關拒動或誤動。

3.2 隔離開關機構箱滲水的解決方法

通過以上分析可知機構箱頂部輸出軸部位是進水薄弱部位，解決此處滲水將會杜絕機構箱進水問題。

（1）設計一種IP等級更高、更可靠防水的機構箱。當前隔離開關生產廠家出廠的隔離開關機構箱防護等級普遍達到IP55，理論上能夠滿足戶外防塵、防水要求，只是機構箱長期在戶外運行，個別密封性能退化導致進水，重新設計密封形式顯然沒到必要的程度。

（2）對滲水部位進行封堵，能暫時解決進水、滲水問題，但會對垂直連桿轉動造成影響，長期運行還會有滲水風險。

（3）設計一種防止隔離開關機構進水的裝置，裝置結構簡單、易于安裝，不改變隔離開關機構箱現有結構，通用性強。在發現機構箱有滲水風險或機構箱進水時安裝，是科學、經濟的解決方法。

4 一種防止隔離開關機構進水的裝置

裝置結構如圖8所示，分為防雨盤與防雨凸臺。防雨盤可用不銹鋼或橡膠材質，直徑應大于140mm，確保能覆蓋機構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構膠，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 一種防止隔離開關機構進水的裝置

防雨盤在雨量較大或風吹雨的情況下，效果欠佳，還需加裝防雨凸臺。防雨凸臺環繞垂直連桿連接過渡，用結構膠固定于機構箱頂部，兩環高度相距50～100mm。

防雨盤與防雨凸臺配合能解決隔離開關機構箱進水問題。

5 結束語

2021年4月，試制了兩套橡膠材質裝置安裝于滲水設備上，裝置經過了2年雨季和季節變化的考驗均完好，老化現象輕微，隔離開關機構箱無再進水現象。裝置防水作用有效，解決了隔離開關操動機構箱進水問題。

實踐證明本文裝置安裝無需設備停電，結構簡單、安裝方便，是對戶外機構箱防水的有效探索，也有一定推廣應用價值。