户外防水连接器防水失效处理方法的研究
发表时间：2016-12-16T15:22:50.360Z 来源：《电力设备》2016年第20期 作者： 王宇 刘钧 曹锐 孙伟 王曦 闫世军[导读] 防水连接器作为保障电力设备二次回路在户外环境中正常运行的重要元器件。
（国网山西省电力公司检修分公司 山西太原 030031）
摘要：通过对一起500kV组合电器由于航空插头进水导致直流接地故障，讨论了航空插头进水的原因，并提出了避免航空插头失效的建议，为今后组合电器的运维管理工作提供了运维经验。 关键字：组合电器，防水连接器，航空插头，直流接地
0序言
防水连接器作为保障电力设备二次回路在户外环境中正常运行的重要元器件，为避免发生电力设备发生二次回路直流接地故障起着举足轻重的作用。本文针对一起由于户外防水连接器防水失效导致的直流接地故障进行分析和研究，并提出了相关解决方案。 1 故障情况
故障案例：2014年7月9日，500kV某变电站发生绝缘降低报警。经过检修人员以及厂家人员现场勘查，初步判断直流接地故障是由于HGIS防水连接器密封失效所致。
500kV某变电站故障设备由新东北电气（沈阳）生产，型号为ZHW-550，生产日期2008年3月。故障设备所配置防水连接器由美国泰科（tyco）公司生产。
图1 500kV某站故障设备外观 2 防水连接器介绍
连接器是一种重要的电子元器件，广泛使用在各类电路系统和电子设备上，实现信号和电源的传输功能。连接器规格种类繁多，根据不同的分类原则，可以分为不同的种类：按外形结构分为圆形连接器、矩形连接器等规格，按使用功能分为电源连接器、低频连接器和高速传输连接器等。
为了实现室外设备系统的正常运行，连接器必须克服室外雨水、日光、风沙和温度变化自然环境的不利因素，保证设备电源和信号的正常传输。连接器要适应室外使用，必须具备以下技术性能指标： 1、介质耐压：1000V； 2、绝缘电阻：5000MΩ； 3、机械寿命：500 次； 4、防水等级：IP67。
防水连接器结构分为插头和插座两部分，通常使用时，插座安装于仪器设备上，通过安装法兰固定，插头结构为电缆形式，可与插座对接实现传输功能。对接端具有一个长方形的橡胶圈，两端设于安装螺纹孔，尾端采用环氧树脂灌封、密封。安装时，使用两个安装螺钉，采用板后安装方式，插座固定于安装板上，插座上的长方形密封圈在安装螺钉的紧固下压缩，起到密封、防水作用。防水连接器的另一端使用防水线夹固定连接器插头，插头安装在防水线夹内，线夹两端的安装螺钉穿过连接器插头，在防水线夹的对接端设有一个体积较大的密封圈。当插头与插座对接时，线夹两端的安装螺钉与面板上的六角安装螺钉的内螺纹进行对接，在安装螺钉的作用下，实现连接器插头和插座的插合；同时，防水线夹对接端长方形密封圈受到安装面板的压缩，实现连接器对接界面的密封防水功能。
图2 防水连接器整体照片（美国泰科tyco） 3 防水连接器防水特性介绍
防水连接器的防水功能，根据GB4208（IEC60529）中规定，IP（国际防护）等级的具体含义如下：
防水连接器按照用户要求按IP67 防护等级研制，连接器要求满足短时间浸水后产品不能造成有害影响。为满足IP67 防护要求，防水连接器要实现防水功能，必须保证对接界面及各分界面能实现密封功能。如图3传统防水连接器结构所示，从连接器的装配要求和使用环境考虑，防水连接器结构中主要具有一个对接界面和5 个分界面。分界面1 处为一个橡胶管，分界面2 处为一个橡胶圈，分界面3 处为一小橡胶圈，分界面4 处为一长方形的橡胶圈，分界面5 采用环氧胶粘剂密封，对接界面采用一个体积较大的长方形密封圈。为了能实现防水连接器的IP67 功能，必须保证在以上5 个分界面和1 个对接界面处橡胶零件能良好实现密封功能。与此同时，由于该防水连接器使用于室外，该连接器必须能够适应自然环境的变化不出现功能下降。因此，防水连接器应能通过高低温冲击、阻燃要求等。
总体来说，防水连接器应具备以下关键特性：
1、IP 防护等级：按用户要求为IP67，短时间浸水； 2、阻燃等级：UL94 标准，V － 0 级；
3、恒温恒湿：温度60 ± 2℃，湿度90% ～ 95%的环境中，96 小时； 4、温度冲击：温度－ 55℃、105℃ 每次温度保持30 分钟，5次循环；
5、温度寿命：温度85 ± 2℃，96 小时。
图3 传统防水连接器结构示例图
4 防水失效可能的原因浅析
对美国泰科连接器进行分解如下图所示：
图5 连接器侧面的观察孔
图5为500kV侯村变电站罐式断路器（西开LW13-500，2008年投运）防水连接器，从图5中可以明显看出密封圈已经出现老化现象，表面已出现裂纹。同时发现少数连接器的观察孔在安装时并未紧固（如图5右所示），此类现象均增加了连接器防水失效的可能性。 5防水失效后处理步骤建议
步骤1、出现防水失效故障后，应先对故障点加装应急防雨措施，即加装防雨罩或包裹防水塑料布，同时对连接器的螺栓以及观察孔进行紧固。如直流接地故障暂时排除进入下一步处理措施；如故障无法排除并影响设备正常运行的情况下，建议将设备紧急停运，对防水连接器进行整体更换；
步骤2、待天气转晴，设备连接器处干燥后对故障连接器密封面进行涂抹防水密封胶处理，首先对连接器表面进行清洁后，在其密封面
外侧处均匀涂抹密封胶（涂抹厚度不小于3mm），建议使用脱醇性硅酮玻璃胶（中性玻璃胶）。
步骤3、结合设备停电，对防水连接器拆解观察，根据严重程度更换连接器密封圈或对连接器进行整体更换。
图6 防水连接器整体照片（美国泰科tyco） 6总结
随着防水连接器制造技术和工艺水平的发展，现阶段一体式（上述材料中美国泰科tyco产品采用分体式设计）的防水连接器在防水、抗老化、抗温度冲击等方面的优势越来越明显，下面以德国菲尼克斯ADVANCE系列产品为例做对比：
图7 德国菲尼克斯ADVANCE系列产品
将插头外壳与底座外壳整合为一体式设计，省掉了插头外壳与底座外壳之间的接缝面，相对来讲，渗水的风险系数降低了一半； 在ADVANCE外壳的两边采用了M6不锈钢螺钉加强式锁紧设计，锁紧力超强，大大提升了防护等级；
一体式外壳所配的密封圈，采用创新的斜面式设计，在M6螺钉锁紧过程中，此种斜面式设计的密封圈，实际上会在安装面板上有一个无缝斜向推延的密合过程，符合物理力学的密封理论，密封效果显著增强；
密封圈采用UL 94VO最高阻燃等级的NBR抗老化材料，使用寿命超过40年以上，而一般设备本体的使用寿命是25～30年，因此，这种材料的密封圈，可以有效保证在设备本体寿命周期内不会老化破损，从而保证了不会渗水； 由于外壳采用一体式设计，省去了底座外壳，所以成本更加优化。 参考文献：
[1]张兴福 《防水连接器设计分析及发展趋势》.电机元件，2011
[2]徐胜玲 《航空插头在标准装配式变电站交直流电源系统中的应用》.华东电力，2014
