張慧寧

(黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封 475004)

0 引言

隔離開關是一種主要用于隔離電源、倒閘操作、連通和切斷小電流電路，無滅弧功能的開關器件。其主要技術特點是能夠在回路中形成明顯的斷開點，為檢修人員提供安全保障。隔離開關在分位置時，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時間內(nèi)異常條件(例如短路)下的電流。

高壓隔離開關的傳動系統(tǒng)是完全裸露在戶外環(huán)境下，常年承受風吹、日曬、雨淋、雪蓋等各種氣候條件的影響，長時間運行經(jīng)常出現(xiàn)合閘不到位、分合閘操作失靈等機械故障導致停電事故發(fā)生，可靠性逐年遞減，事故率呈上升趨勢，因此設計可靠的隔離開關傳動機構，對保障電網(wǎng)安全運行至關重要。

1 存在的問題

在電力系統(tǒng)中高壓開關設備起著控制、測量和保護作用，對電網(wǎng)的安全運行至關重要。高壓隔離開關是電力系統(tǒng)中基礎開關電器之一，在電力系統(tǒng)中起隔離電源、分合小電流、進行倒閘操作、改變運行方式等作用，對變電站和發(fā)電廠的設計建設和安全運行影響較大，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要裝置[1]。高壓隔離開關是變電站輔助開關開、斷電流進行倒閘操作的主要設備之一，其開關分合閘所需轉軸由傳動機構傳遞，由于傳動機構中各構件之間采用動配合，因此必然會出現(xiàn)一些支撐不穩(wěn)定的情況，在操作過程中容易造成齒輪與主軸之間的傳動失效，引起隔離開關分合閘不到位，傳動機構不穩(wěn)定等，降低了傳動機構的傳動精度和穩(wěn)定性，影響了隔離開關的正常運行，必然會對設備的安全運行產(chǎn)生影響，也會對人員安全造成威脅[2-3]。

2 整體設計

針對機械故障引起的隔離開關工作不穩(wěn)定問題，本文設計了一種高穩(wěn)定性隔離開關傳動機構，主要包括固封極柱、傳動軸和2個隔離刀片。固封極柱位于傳動軸的后方，2個隔離刀片位于傳動軸下方的前后兩側，傳動軸的外側壁安裝有密封板，密封板的右側與固封極柱固定連接，傳動軸右側的外側壁設有多個均勻分布的嚙合牙齒，多個嚙合牙齒的下方嚙合連接有嚙合齒輪，嚙合齒輪的中部固定連接有連接軸，2個隔離刀片的內(nèi)側壁與連接軸的外側壁固定連接，2個隔離刀片分別位于嚙合齒輪的前后兩側，嚙合齒輪的外側壁嚙合連接有穩(wěn)定齒套，穩(wěn)定齒套的下方設置有隔離刀座，隔離刀座的后端面與固封極柱的前端面固定連接。高穩(wěn)定性隔離開關傳動機構的整體結構圖如圖1所示。

1—固封極柱；2—傳動軸；201—嚙合牙齒；3—密封板；4—隔離刀片；401—連接軸；402—轉向套；406—減震彈簧；407—限位螺帽。

本設計中將穩(wěn)定齒套的左右均固定連接有連接支架，2個連接支架的下方均貫穿隔離刀座并延伸至隔離刀座的下方，穩(wěn)定齒套是有花鍵孔的環(huán)狀零件，與齒轂的外花鍵連接。隔離刀座的下方設置有2個與連接支架相匹配的限位螺帽，隔離刀座的上方設置有2個與連接支架相匹配的減震彈簧，2個隔離刀片的前后兩側設置有與連接軸相匹配的轉向套，嚙合齒輪與穩(wěn)定齒套的結構圖如圖2所示。

201—嚙合牙齒；401—連接軸；403—嚙合齒輪；404—穩(wěn)定齒套；405—連接支架；5—隔離刀座。

3 方案實施與優(yōu)化技術

本文設計的高穩(wěn)定性隔離開關傳動機構，傳動軸在嚙合齒輪的上方進行驅(qū)動，嚙合齒輪便于支撐傳動軸，從而提高傳動軸的穩(wěn)定性能；2個隔離刀片連接軸固定在嚙合齒輪的前后兩側，通過嚙合齒輪轉動，同步驅(qū)動隔離刀片轉動；穩(wěn)定齒套左右均固定連接有連接支架，支架與刀座連接，當需要變速時，套在齒轂上的齒套沿軸向移動，將花鍵孔同時套在齒輪的結合齒上就實現(xiàn)了穩(wěn)定的動力連接和傳遞；刀座的下方設置有2個與連接支架相匹配的限位螺帽，通過安裝2個螺帽緊固在支架上，保證彈性部件的扭轉角不超過某限定的值，限制機構在一定的安全范圍內(nèi)運行；刀座的上方設置有2個與連接支架相匹配的減震彈簧，通過高強度的減震彈簧產(chǎn)生壓縮變形，減輕沖擊，降低隔離開關自身的動應力，提高運行過程中的平順性，起到減震作用，傳動軸的俯視圖如圖3所示。

2—傳動軸；201—嚙合牙齒； 4—隔離刀片；401—連接軸；402—轉向套； 404—穩(wěn)定齒套。

彈簧長期處于反復受力和恢復過程中，疲勞壽命需要達到數(shù)萬次以上，外力卸載后應恢復到初始位置，要求彈簧的塑性變形越小越好，鋼絲應具有較高的彈性極限和較高的恢復率，要求曲度強度和抗拉性較高[4]。本設計中的減震彈簧用料的截面基本都是圓形，主要為滿足安裝空間力度和剛度的要求，使其具有性能穩(wěn)定性強和精度準確度高等特點。

限位螺帽方便連接支架與隔離刀座，在連接支架的外側壁安裝減震彈簧，使連接支架具有減震性能，進一步提高隔離開關傳動機構的穩(wěn)定性能，同時，轉動限位螺帽，方便調(diào)節(jié)連接支架，使隔離開關傳動機構便于安裝與調(diào)試，增強傳動的穩(wěn)定性和使用的可靠性。

4 實驗數(shù)據(jù)分析

實驗器具：具有高穩(wěn)定性隔離開關傳動機構的隔離開關、常規(guī)的隔離開關、振動臺。

實驗過程：將2種隔離開關均固定放置于振動臺上，啟動振動臺，每間隔30 min隔離開關開合1次，查看是否出現(xiàn)故障，記錄8 h內(nèi)出現(xiàn)故障的次數(shù)。振動頻率設定為一檔60次/h，二檔300次/h，二檔600次/h。實驗數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 第一組實驗數(shù)據(jù)

表2 第二組實驗數(shù)據(jù)

實驗分析：在低震動狀態(tài)下，常規(guī)的隔離開關和采用本方案的隔離開關均具有較好的穩(wěn)定性；當震動增大時，采用本方案的隔離開關的穩(wěn)定性優(yōu)于常規(guī)的隔離開關；在高震動狀態(tài)下，采用本方案的隔離開關的穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于常規(guī)的隔離開關。

5 結語

通過對隔離開關的傳動機構進行優(yōu)化改良，優(yōu)化后的隔離開關傳動機構周圍的各個部件之間能夠更好地協(xié)同工作，結構布置更合理，不僅使得減震性能得到提高，也保證了操作機構的整體穩(wěn)定性能，并且在產(chǎn)品通用系列化方面具有很大的促進作用，減少了對操作人員造成人身傷害危險的可能性，提高了設備的安全性和操作可靠性。該隔離開關傳動機構穩(wěn)定性高，且成本低，因此具有一定的參考價值和社會推廣應用前景。