户外隔离开关机械故障的原因及预防

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2010NO .15

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工业技术

户外隔离开关机械故障的原因及预防

薛海云

（青海黄化供电公司，青海尖扎811200）

摘

要：操作不灵活、零部件表面锈蚀是户外高压隔离开关常见的机械故障，对这些常见机械故障产生的原因进行了分析，并分别提

出针对性的预防措施。

关键词：户外隔离开关；机械故障；操作不灵活；锈蚀引言

在输变电设备中，高压隔离开关是用量最

多的一种，通常是断路器的2～3倍，

其结构虽然比断路器简单，但运行可靠性对电网的安全有着重要的影响。

户外隔离开关的运行条件恶劣，受周围环

境和气候条件影响很大。

近些年来，随着输变电状态检修工作的开展，高压隔离开关的维护也由定检状态向状态检修过渡，因考虑在过渡阶段有些隔离开关遗留的年久失修和带缺陷运行的情况，要针对性的进行整治，必须掌握这些隔离开关存在的问题，近些年来户外隔离开关运行中反映出来的问题主要集中在导电回路过热、

操作不灵活和锈蚀三个方面，其中，除导电回路过热外，其余均属机械方面的故障。因此，以下对机械故障产生的原因进行了分析，并针对性地提出了消除和预防的措施。

1操作不灵活

高压隔离开关由于锈蚀、卡滞后导致操作不灵活、操作力矩增大等，出现分不开、合不上或分合不到位等操作障碍，严重时操作部件折断或绝缘子受到附加应力而折断，严重威胁电网的运行安全，甚至造成重大停电事故。

1.1操作不灵活的原因1.1.1活动销轴锈蚀

户外隔离开关的机械传动元件，采用镀锌

钢制销轴配黄铜轴套的运动副。

现场调查发现，受潮后黄铜轴套发生严重的脱锌腐蚀，氧化锌粉末将滑动配合的间隙堵严，增加了运动阻力或根本无法运动。

1.1.2滚珠轴承锈蚀

隔离开关的转动绝缘子基座，大多采用滚珠轴承，而滚珠轴承在无油状态下没有防锈能

力。由于密封措施不良，

往往轴承又涂油不足，渗进雨水或吸入潮气便会生锈，润滑脂也容易流失或固化，导致轴承被锈死卡滞而无法转动。

1.1.3机械传动元件加工粗糙产品的机械传动部件加工粗糙、精度低、光洁度差、公差大，不能保证传动元件之间的精确配合，导致操作不灵活，机械特性不稳定，传动不可靠。

1.1.4材料选用不当

隔离开关的传动部件，如传动连杆、

水平连杆、垂直连杆等，由于材料强度或刚度不足，容易发生变形扭曲或破裂，造成分合闸行程变化，使得分合闸不到位。

1.1.5二次控制回路不可靠操动机构中的电气控制元件，如接触器、小型断路器、行程开关、辅助开关、转换开关、按钮开关、接线端子等，其中的任何一种元件质量不好，接触不可靠，均会影响隔离开关的正常操作和信号传输，进而引发其它故障。

1.1.6现场安装调整不够完善

传动系统没有达到最佳状态，甚至存在某些缺陷，如操作障碍及传动不灵活引起的缺陷运行。随着运行时间延长，情况随之恶化而成为

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故障。

1.2解决操作不灵活的措施1.2.1销轴与轴套的改进

户外隔离开关传动系统中的销轴与轴套，不宜采用镀锌钢销轴配黄铜轴承，适合采用：

不锈钢销轴配不锈钢轴套或不锈钢球形轴节；不锈钢销轴或渗锌钢销轴配无油复合润滑轴套或塑料自滑润轴套。这样，运行中不需要定期润滑，即可保持活动关节长期灵活和操作平稳可靠。

滚珠轴承必须密封

滚珠轴承在失油状态下不能防锈，只有把滚珠轴承密封后，才能防止因渗进雨水和潮气而生锈，避免润滑脂流失和固化。

滚珠轴承处必须注满润滑脂，润滑脂要选用滴点高、耐寒、耐热、机械稳定性良好的产品，如二硫化钼锂基脂或进口高级润滑脂，不可用钙基润滑脂（黄干油）。

1.2. 2保证现场安装调整质量

保证产品技术性能，避免在传动不灵活和操作障碍状态下运行。折迭式隔离开关和接地开关的平衡弹簧要调整合适，使其发挥作用，以免操作力矩过大。

1.2. 3二次回路选用优质电气元件

操动机构的电气元件接触不良引发的故障，偶发性强，无规律性，给运行维护带来困难。因此，电气元件应选用优质名牌产品。

2锈蚀

锈蚀是户外隔离开关普遍存在的问题。锈蚀严重影响产品外观，降低传动部件的机械强度，影响产品的导电性能。实际上，导电回路过热、

操作不灵活都与锈蚀有直接或间接的关系。因此，锈蚀已成为隔离开关安全运行的最大隐患。

2.1锈蚀的原因分析

锈蚀的根本原因是产品的材料、结构设计和制造工艺特别是表面防腐涂覆等，不能适应恶劣多变的环境和气候条件。

2.1.1金属材料材质的影响

钢铁、铜和铝及其合金是高压隔离开关应用的主要金属材料，它们的抗蚀能力不同。实践证明：钢铁部件仅靠15μm 左右厚的电镀锌层或一般的油漆涂层，根本不能长时间抵御大气腐

蚀。

不锈钢是指含铬量在12％以上，具有耐腐蚀性能的铁基合金。不锈钢的品种很多，不是所有的不锈钢都能防御复杂的大气腐蚀。铬、镍的含量要达到一定比例的不锈钢才会不生锈。暴露在大气中的铝合金表面会逐渐由光亮变暗、灰白、变黑，出现浅坑而粗糙不平。铜在大气中易氧化，生成黑色氧化铜，在潮湿大气中生成铜绿一碱式碳酸铜，在工业大气中生成黑色硫化铜或绿色氧化铜。黄铜在潮湿大气中会发生严重的脱锌腐蚀，含铜量越高，脱锌腐蚀越严重。以往惯用的黄铜轴套，就因为脱锌腐蚀产生的粉末将活动间隙堵严而使销轴无法转动。

2.1.2零部件结构形状及加工工艺的影响

零部件结构及表面状况是影响锈蚀的一个因素。滚珠轴承由于密封不良，雨水、潮气浸入轴承内引起腐蚀；导电管和传动管内因进水和

凝露而生锈。此外，

零部件上面的缝隙、死角、沟坑、表面粗糙不平以及零部件相互的连接处，都是容易引起锈蚀的部位。焊缝附近往往是最先锈蚀的部位。

2.1.3金属表面涂覆的影响

通常钢铁部件大多采用油漆和电镀锌来防

止锈蚀。

隔离开关运行情况表明：普通油漆工艺的保护周期太短，每年需重刷一遍。

锌层在污染的工业大气中，其腐蚀达6～15μm /年。由于电镀锌层的厚度有限，一般多为18μm ，最多30μm ，紧固件镀层厚度通常在12μm 以下，因此长期直接暴露在潮湿大气中的电镀锌件，容易出现锈蚀现象。

2.1.4两种不同金属接触的影响

在隔离开关中，两种不同金属互相接触的情况很多，如铜一铝接触，钢质镀锌紧固件与铜或铝导电件的接触等。众所周知，在腐蚀介质中，当两种不同金属（包括金属镀层）接触时，由于两种金属的电极电位差而形成原电池的作用，接触腐蚀比一般大气腐蚀更严重。

提高防腐性能的措施

隔离开关表面防腐处理，必须适应各种环境条件的影响，这给产品制造增加了难度。随着工业化进程的加快，工业大气污染程度加重，环境恶化加剧，而产品又要求免维护，这就为隔离开关的防腐提出了更高的要求。

根据多年的实践经验，运行部门的建议以及借鉴优质产品的防护技术，建议对隔离开关采取如下防护措施：

（1）选用耐腐蚀性能更好的材料。如销轴、弹簧、机构箱体、防雨罩、部分紧固件采用不锈钢材料制造；传动箱座、屏蔽环、防雨罩等采用铝或铝合金制造；机构箱体也可用覆锌钢板或热镀锌铝合金钢板制成。

（2）改善零部件的结构形状。从防锈角度考虑，隔离开关零部件的结构形状，应该尽可能设计成不利于雨水、潮气、粉尘及其它污染物侵入、吸附、滞留、堆积。采取的措施一是“堵”，如滚珠轴承密封好，堵住雨水潮气及有害物入侵；二是

“疏”，即不使雨水或有害物长期积存，能方便排出。此外，零件表面光洁度高，其防锈能力也高。

（3）零件选材及表面处理要考虑防止接触腐蚀。有关资料表明，下列金属接触会发生严重的接触腐蚀，不宜在户外潮湿的场合下使用：①铜、黄铜、青铜———钢镀锌钝化、铝、铝氧化、铝镀锌钝化；②铜镀锡、铜镀镍———钢镀锌钝化等。

（4）铝合金表面处理问题。随着户外隔离开关向高电压发展和要求轻型化，导电部件及结构件越来越多的采用铝合金材料，因此对铝合金的防腐蚀问题更加引起关注。铝合金在大气中虽能自然形成一层氧化膜，但膜层薄而疏松

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混合供电LED 户外照明驱动器设计

姜俊旗

摘

要：针对采用太阳能发电和市电混合供电的LED 道路照明领域发展的驱动电源进行了系统的业务要求设计，阐述了相关问题的

解决思路。以便能够更好的配合LED 道路照明的应用推广。关键词：太阳能发电；市电；混合；恒流；PWM ；浪涌；EMI ；功率因数1引言

LED 作为第四代新型光源，具有低电压供节能、使用寿命长等优点。其良好的抗震性电、

能和适宜的数字化调光控制也是其他光源所无法超越的。太阳能是一种绿色环保、零使用成本的能源，通过光电转换实现发电，而LED 通过电光转换而发光，这两个过程是互逆的绿色转换过程，使得太阳能电池技术与LED 照明灯具成为天作之合，具有极高发展价值。随着LED 在发光效率和热阻方面的大大降低，其在照明市场将逐步广泛展开。但是目前太阳能电池的光电转化的电能还不足与应对多变的室外环境，因此太阳能发电与市电混合供电仍然是目前主流的方式，由于市电和太阳能蓄电池的电压以及电流属性的不同，因此必须高效的驱动设备保障太阳能发电的寿命和市电混合使用的

由于多变的户外环境，太阳能的利用智能管理。

率将受的限制，市电的电压的不稳定以及雷电感应、电网负载启停产生的浪涌等不可预测的环境因素导致驱动电源的寿命在4000H-6000H ，本应用将着重混合供电在高效长寿命的驱动电源设计方面进行研究。

2设计方案

目前LED 驱动器的可靠性较低，制约着LED 在照明领域的发展，尤其太阳能发电和市电混合供电的驱动器，虽然其只占整个LED 照明系统的成本为1/10左右，但是却是照明系统运作的指挥中枢，其对电流、温度等因素的实时反馈控制，保障着整个系统的稳定运作。由于大功率LED 电流和电压关系同环境温度和生产工艺有关，在电压模式下容易产生电流失控，因此一般采用恒流驱动。为实现与LED 的匹配，必须从以下几点进行方案设计：

2.1恒流控制

由于LED 正向工作时的结电压相对变化区域很小，因此保证驱动电流的恒定就保证了LED 产生恒定的亮度。面对蓄电池电压的不断下降和公共电网的电压供应不稳定和恒流输出

产避免产生超功率输出以降低LED 使用寿命。

生恒流源的一般方法为：

采用PWM 开关电源方式，在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过的被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，通过调节开关器件导通脉冲宽度使得被控制信号稳定。一般PWM 开关频率为恒定值，取样信号为其各项参数的峰值。多孔，为非晶态、不均匀也不连续的膜层，不能作为可靠的防护膜层，因此必须进行氧化处理。对铝合金型材可以采用阳极氧化再封闭处理的工艺。

（5）根据不同部件选择不同的表面防护处理：①钢铁底座及其它不精密的大中型钢铁部件以及绝缘子法兰，采用热镀锌处理；②普通钢板制成的机构箱体，表面喷锌或喷铝，最后覆盖油漆进行封闭处理；③小型钢铁制件可采用渗

2.2抗浪涌性

LED 具有较差的抗浪涌能力，因此电源设

雷电感应、电网负计必须能够抑制浪涌的入侵。

载启停都可产生的浪涌，尤其雷电感应产生的广谱无线电波，使电线成为良好的接收天线，由于是两根电源线，因此将产生共模干扰信号，信号强度可达数千伏，接地电容极易被击穿，同时两根电线对地的瞬间阻抗不同而产生高达3000伏的差模电压，可轻松击穿驱动电源的整流二极管和线路板不同极性电极间的电气间隙。因此在设计时必须加入浪涌保护器：

根据区域雷电的发生频率采取不同级别的保护，南方多雷雨天气需要3级以上的保护，而北方少雷区地区一般采用2级以上就可以。开关型浪涌保护器具有较好的瞬时突变能力，因此具有较好的泄放能力。

2.3高功率因数

由于电网的输入阻抗呈容性，而大量整流电路造成电网网侧输入电压与输入电流间存在较大相位差，输入电流呈脉冲状，产生高次谐波，谐波分量很高，严重干扰电力系统。LED 在路灯照明。一般采用主动式PFC 有源功率因数

开关电子管、高压调整，它通过高频电感线圈、

滤波电容以及控制芯片等元件，组成一个可以将输入电压提高的电路，通过升高输入电压来减少电流在流向下级电路中的电能损耗，具有体积小，输入电压宽以及功率因数高等优点，功率因数可达99％。

2.4良好抗EMI 性

开关电源是一个很强的骚扰源，它来源于开关器件的高频通断和输出整流二极管反向恢复，很强的电磁骚扰信号通过空间辐射和电源线的传导而干扰邻近的敏感设备。除了功率开关管和高频整流二极管外，产生辐射干扰的主要元器件还有脉冲变压器及滤波电感等。

要抑制传导干扰相对比较容易，只要使用

就能将其在电源线上的E －适当的EMI 滤波器，

MI 信号电平抑制在相关标准规定的限值内。要使EMI 滤波器对EMI 信号有最佳的衰减性能，则滤波器阻抗应与电源阻抗失配，失配越厉害，实现的衰减越理想，得到的插入损耗特性就越好。

开关电源同时存在着共模干扰，差模干扰并以共模干扰为主，设计时，必须使共模滤波电路和差模滤波电路的谐振频率明显低于开关电源的工作频率，一般要低于10kH 。

开关电源必须屏蔽，采用模块式全密封结锌处理，M 10以上紧固件应采用热镀锌处理；④较大的弹簧采用磷化后浸沥青漆或喷丙烯酸氨酯黑漆处理。

3结语

由于户外隔离开关运行条件恶劣，要做到经久耐用，不出现操作失灵和锈蚀等常见故障，而且达到免维护的要求是比较困难的。我们已

设备老化严重、不满足规定要求经对年代久远、

的隔离开关，逐步进行了完善化改造，使隔离开

构，用1mm 以上厚度的镀锌钢板，屏蔽层必须

在高频脉冲变压器初、次级之间加一良好接地。

将高屏蔽层并接地，可以抑制干扰的电场耦合。

频脉冲变压器、输出滤波电感等磁性元件加上屏蔽罩，可以将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内。

2.5良好IP 防护性

由于处于室外的恶劣环境，要保证电路能够正常温定的工作必须做好相应的防护设计，以及电线接头的有效防护，同时要保证器件的良好散热和持续有效性。目前我国路灯的防护标准为IP65，由于LED 电源驱动的放置部位有两处可以选择，一是LED 灯具一体化，二是放置于灯杆的电源盒。因此上述的情况都应予以

以充分保障其寿命同LED 灯具的良好匹考虑。配。

2.6太阳能充电保护

为保障太阳能蓄电池使用寿命，使其工作在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。整个保护电路由过充和过放保护两部分组成，过充电路提供充电控制功能及充电温度补偿的电压控制电路和充电工作状态控制逻辑电路，电压控制环路来调节充电电流和充电逻辑控制状态的开关充电控制电路，同时必须提供光电检测电路，由于对蓄电池的充电具有主次次序的，在太阳能电池无法完成有效的充电时，才进行充电电路的切换，使其处于较饱和状态，以保障蓄电池的使用寿命；过放电路是为被充电电池提供足够充电电流的功率输出级电路。

3结论

随着我国节能环保型社会的不断深入，政府引导的LED 道路照明示范项目不断扩大，LED 光效的不断提高和价格的不断下降，LED 户外照明市场将稳步扩大，混合供电LED 驱动电源将成为产业的重要收益部分，因此希望通过不断的实践研究，以使其能够共同为LED 照明产业进步作贡献。

参考文献

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[2]冯垛生, 张淼, 赵慧, 林珊. 太阳能发电技术与应用.

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[4]白建雄.EMI 滤波器的设计以及对辐射EMI 的抑制.

关达到了性能可靠、质量优良、经久耐用和满足免维护、少维护的要求。

参考文献

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