高穩定性隔離開關傳動機構設計

張慧寧

(黃河水利職業技術學院，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件下的電流及在規定時間內異常條件(例如短路)下的電流。

高壓隔離開關的傳動系統是完全裸露在戶外環境下，常年承受風吹、日曬、雨淋、雪蓋等各種氣候條件的影響，長時間運行經常出現合閘不到位、分合閘操作失靈等機械故障導致停電事故發生，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，對保障電網安全運行至關重要。

1 存在的問題

在電力系統中高壓開關設備起著控制、測量和保護作用，對電網的安全運行至關重要。高壓隔離開關是電力系統中基礎開關電器之一，在電力系統中起隔離電源、分合小電流、進行倒閘操作、改變運行方式等作用，對變電站和發電廠的設計建設和安全運行影響較大，是電力系統穩定運行的重要裝置[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，因此必然會出現一些支撐不穩定的情況，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，傳動機構不穩定等，降低了傳動機構的傳動精度和穩定性，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定問題，本文設計了一種高穩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定齒套，穩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，穩定齒套是有花鍵孔的環狀零件，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—穩定齒套；405—連接支架；5—隔離刀座。

3 方案實施與優化技術

本文設計的高穩定性隔離開關傳動機構，傳動軸在嚙合齒輪的上方進行驅動，嚙合齒輪便于支撐傳動軸，從而提高傳動軸的穩定性能；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，同步驅動隔離刀片轉動；穩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了穩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定性能，同時，轉動限位螺帽，方便調節連接支架，使隔離開關傳動機構便于安裝與調試，增強傳動的穩定性和使用的可靠性。

4 實驗數據分析

實驗器具：具有高穩定性隔離開關傳動機構的隔離開關、常規的隔離開關、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，查看是否出現故障，記錄8 h內出現故障的次數。振動頻率設定為一檔60次/h，二檔300次/h，二檔600次/h。實驗數據如表1和表2所示。

表1 第一組實驗數據

表2 第二組實驗數據

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

5 結語

通過對隔離開關的傳動機構進行優化改良，優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定性能，并且在產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。