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，特別適應于目前大都市的供電集成化、自動化、地下化和小型化的發(fā)展趨勢。40.5 kV充氣柜的優(yōu)勢主要表現在減少占地面積和不受外界環(huán)境干擾方面，特別適用于城網建設和改造[1-4]。所以，隨著城網建設的加快，大都市迅速崛起，為充氣柜的發(fā)展提供了廣闊空間，如城市電網建設、城市地鐵、輕軌、高層建筑、大型工礦企業(yè)，以及特殊使用場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（沿海的鹽霧、工業(yè)粉塵）或化學性腐蝕物質（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

對于充氣柜而言，漏氣率是生產廠家和用戶比較關心的問題之一。各個生產廠家一般都是按照使用壽命30年來設計的，SF6氣體的年漏氣率控制在0.5%以下。密封設計時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、靜密封和動密封3類，其中動密封的長期可靠性是充氣柜生產中的密封難點。目前，動密封通常采用金屬波紋管密封技術和磁流體密封技術。金屬波紋管密封技術較為成熟，已在真空滅弧室中等到廣泛應用。金屬波紋管密封技術通過設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密封。由于金屬波紋管采用全焊接的波紋管結構，而波紋管抗扭動能力差，扭動易損傷波紋管而造成滲漏。另外，波紋管多次往復運動易損傷，機械壽命不高。

1.3 直動式密封技術的必要性

為了解決現有金屬波紋管密封技術中存在的不足，本文提出直動式密封技術，以解決現有金屬波紋管密封技術動密封性能差、易損壞的問題，從而提高充氣柜密封性能，延長其使用壽命。

2 方案實施

如圖1所示，此直動式密封裝置主要應用于充氣柜的氣箱內外固封極柱的絕緣拉桿軸與斷路器機構之間往復運動的密封結構。氣密性的好壞直接決定整個充氣柜的性能。氣箱上安裝有密封板，密封板上設有安裝孔，安裝孔內裝配有直動密封裝置，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之間的徑向運動，其中運動距離視O型密封圈的壓縮量而定。絕緣拉桿軸4貫穿軸套2內的防塵圈5和U型密封圈6。U型密封圈6的開口方向朝向壓力側（氣箱內部），當被密封介質壓力增大時，唇口被撐開，從而更加緊密地與密封面貼合，進一步增強密封性。此設計既能保證絕緣拉桿軸4做往復運動，又能在軸徑向跳動時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，防止污染氣箱內部絕緣件。直動式密封裝置實物，如圖2所示。

圖1 直動式密封裝置示意圖

圖2 直動式密封裝置實物圖

3 試驗驗證

對裝配有直動式密封裝置的開關柜進行試驗。選擇5臺開關柜樣品，編號分別為1#、2#、3#、4#和5#。操作每臺開關柜的斷路器前，先做如下工作：對開關柜分別進行抽真空檢漏試驗，記錄試驗數據；分別對斷路器操作5 000、10 000、15 000、20 000次時停下，對開關柜進行抽真空檢漏試驗，記錄其測試數據；分析試驗數據進行，判別密封性能的好壞程度。試驗設備如圖3所示。

圖3 ULVAC真空箱自動氦檢漏裝置

試驗結果如表1所示。從5組樣品得到的試驗數據可知：斷路器操作次數逐漸增加至20 000次的過程中，開關柜的漏氣率變化不大；5組樣品的漏氣率最大值是0.023%，遠優(yōu)于充氣柜一般要求的漏氣率小于0.5%。數據分析結果表明，充氣柜的斷路器拉桿處采用直動式的密封設計完全可行。

表1 漏氣率試驗數據對比（單位：%）

4 結 論

通過樣機試制進行大量的試驗，根據試驗數據及分析得出結論：充氣柜的氣箱內外固封極柱的絕緣拉桿軸與斷路器機構之間往復運動的密封結構采用直動式密封，完全滿足充氣柜漏氣率的一般設計要求，可達到預期目的。