中壓SF6充氣柜密封性能研究

王軍委，李如壁

（1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.許昌許繼德理施爾電氣有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

充氣柜具有體積小、可靠性高、操作人員安全性好、不受外界環(huán)境因素影響等優(yōu)點(diǎn)，特別適應(yīng)于目前大都市的供電集成化、自動(dòng)化、地下化和小型化的發(fā)展趨勢(shì)。40.5 kV充氣柜的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在減少占地面積和不受外界環(huán)境干擾方面，特別適用于城網(wǎng)建設(shè)和改造[1-4]。所以，隨著城網(wǎng)建設(shè)的加快，大都市迅速崛起，為充氣柜的發(fā)展提供了廣闊空間，如城市電網(wǎng)建設(shè)、城市地鐵、輕軌、高層建筑、大型工礦企業(yè)，以及特殊使用場(chǎng)合如溫度變化大和高濕環(huán)境（如濕、熱帶地區(qū)）、高溫及低溫地區(qū)（如沙漠地區(qū)和南北兩極區(qū)）、環(huán)境中含有自然物質(zhì)（沿海的鹽霧、工業(yè)粉塵）或化學(xué)性腐蝕物質(zhì)（化工廠、煉油廠）等地方。

1 密封性能重要性

1.1 漏氣率的一般要求

對(duì)于充氣柜而言，漏氣率是生產(chǎn)廠家和用戶比較關(guān)心的問(wèn)題之一。各個(gè)生產(chǎn)廠家一般都是按照使用壽命30年來(lái)設(shè)計(jì)的，SF6氣體的年漏氣率控制在0.5%以下。密封設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮密封圈的壓縮量、壽命及老化等方面；密封要考慮密封元件的壓縮量、壽命、老化及可靠性方面的因素[5]。

1.2 密封型式分類

密封型式主要可以分為焊接密封、靜密封和動(dòng)密封3類，其中動(dòng)密封的長(zhǎng)期可靠性是充氣柜生產(chǎn)中的密封難點(diǎn)。目前，動(dòng)密封通常采用金屬波紋管密封技術(shù)和磁流體密封技術(shù)。金屬波紋管密封技術(shù)較為成熟，已在真空滅弧室中等到廣泛應(yīng)用。金屬波紋管密封技術(shù)通過(guò)設(shè)置與絕緣拉桿連接的金屬波紋管組件，保證絕緣拉桿與充氣柜之間的動(dòng)密封。由于金屬波紋管采用全焊接的波紋管結(jié)構(gòu)，而波紋管抗扭動(dòng)能力差，扭動(dòng)易損傷波紋管而造成滲漏。另外，波紋管多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)易損傷，機(jī)械壽命不高。

1.3 直動(dòng)式密封技術(shù)的必要性

為了解決現(xiàn)有金屬波紋管密封技術(shù)中存在的不足，本文提出直動(dòng)式密封技術(shù)，以解決現(xiàn)有金屬波紋管密封技術(shù)動(dòng)密封性能差、易損壞的問(wèn)題，從而提高充氣柜密封性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

2 方案實(shí)施

如圖1所示，此直動(dòng)式密封裝置主要應(yīng)用于充氣柜的氣箱內(nèi)外固封極柱的絕緣拉桿軸與斷路器機(jī)構(gòu)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封結(jié)構(gòu)。氣密性的好壞直接決定整個(gè)充氣柜的性能。氣箱上安裝有密封板，密封板上設(shè)有安裝孔，安裝孔內(nèi)裝配有直動(dòng)密封裝置，主要由密封板1、軸套工裝2、軸套3、絕緣拉桿軸4、防塵圈5、U型密封圈6、O型密封圈7以及彈性擋圈8等組成。工作原理是軸套3通過(guò)兩端的軸套工裝2和彈性擋圈8固定在密封板1的安裝孔上，兩個(gè)軸套工裝2中間安裝有O型密封圈7，能滿足軸套3與密封板1之間的徑向運(yùn)動(dòng)，其中運(yùn)動(dòng)距離視O型密封圈的壓縮量而定。絕緣拉桿軸4貫穿軸套2內(nèi)的防塵圈5和U型密封圈6。U型密封圈6的開(kāi)口方向朝向壓力側(cè)（氣箱內(nèi)部），當(dāng)被密封介質(zhì)壓力增大時(shí)，唇口被撐開(kāi)，從而更加緊密地與密封面貼合，進(jìn)一步增強(qiáng)密封性。此設(shè)計(jì)既能保證絕緣拉桿軸4做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，又能在軸徑向跳動(dòng)時(shí)保證充氣柜的氣密性。防塵圈5可以清除絕緣拉桿軸4上的附著性灰塵，防止污染氣箱內(nèi)部絕緣件。直動(dòng)式密封裝置實(shí)物，如圖2所示。

圖1 直動(dòng)式密封裝置示意圖

圖2 直動(dòng)式密封裝置實(shí)物圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)裝配有直動(dòng)式密封裝置的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行試驗(yàn)。選擇5臺(tái)開(kāi)關(guān)柜樣品，編號(hào)分別為1#、2#、3#、4#和5#。操作每臺(tái)開(kāi)關(guān)柜的斷路器前，先做如下工作：對(duì)開(kāi)關(guān)柜分別進(jìn)行抽真空檢漏試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)；分別對(duì)斷路器操作5 000、10 000、15 000、20 000次時(shí)停下，對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行抽真空檢漏試驗(yàn)，記錄其測(cè)試數(shù)據(jù)；分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行，判別密封性能的好壞程度。試驗(yàn)設(shè)備如圖3所示。

圖3 ULVAC真空箱自動(dòng)氦檢漏裝置

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從5組樣品得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：斷路器操作次數(shù)逐漸增加至20 000次的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜的漏氣率變化不大；5組樣品的漏氣率最大值是0.023%，遠(yuǎn)優(yōu)于充氣柜一般要求的漏氣率小于0.5%。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，充氣柜的斷路器拉桿處采用直動(dòng)式的密封設(shè)計(jì)完全可行。

表1 漏氣率試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比（單位：%）

4 結(jié) 論

通過(guò)樣機(jī)試制進(jìn)行大量的試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析得出結(jié)論：充氣柜的氣箱內(nèi)外固封極柱的絕緣拉桿軸與斷路器機(jī)構(gòu)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封結(jié)構(gòu)采用直動(dòng)式密封，完全滿足充氣柜漏氣率的一般設(shè)計(jì)要求，可達(dá)到預(yù)期目的。