高壓柱式斷路器絕緣拉桿連接方式試驗研究

王光明, 高勵學, 蘇紅兵, 孫建祥

西安西電高壓開關有限責任公司 西安 710018

1 研究背景

高壓柱式斷路器在高壓電路中用于切斷、閉合空載電流和負荷電流,當系統發生故障時,通過繼電保護裝置的作用,切斷過負荷電流和短路電流。如果高壓柱式斷路器因自身故障而失去切斷電流的能力,那么將造成其它電力設備損害,或者對電力系統的穩定運行造成威脅,甚至造成人員傷亡[1-5]。

高壓柱式斷路器的絕緣拉桿是連接斷路器本體和操作機構的重要零件,起絕緣和傳遞動力的重要作用。絕緣拉桿作為操作機構驅動動觸頭運動的核心絕緣部件,一般要承受2 000次以上的開、斷疲勞操作試驗。根據國家標準要求,高壓柱式斷路器的壽命需要達到上萬次。絕緣拉桿與配套接頭黏接緊固質量的優劣,直接決定高壓電器產品是否能夠正常運行[6-12]。

為確保絕緣拉桿性能的安全可靠,筆者對高壓柱式斷路器絕緣拉桿的連接方式進行試驗研究,以確定絕緣拉桿的最佳連接方式。

2 絕緣拉桿連接方式

高壓柱式斷路器絕緣拉桿的結構如圖1所示。絕緣管為真空浸膠環氧玻璃布管,絕緣拉桿接頭為金屬制件,兩者通過專用黏接劑黏接。絕緣拉桿的連接方式通常指絕緣管與絕緣拉桿接頭之間的連接類型,按有無螺紋可分為螺紋連接+黏接劑、無螺紋+黏接劑,按螺紋種類可分為鋸齒螺紋連接、梯形螺紋連接、特殊螺紋連接等,按絕緣管螺紋部位可分為絕緣管內螺紋連接、絕緣管外螺紋連接等。

圖1 絕緣拉桿結構

3 存在的問題

絕緣拉桿專用黏接劑一般為環氧樹脂膠黏劑,如果未完全固化,將導致絕緣拉桿無法與絕緣拉桿接頭穩固連接,在斷路器動作過程中會出現絕緣拉桿脫落現象。絕緣管層間存在缺陷時,也會引起絕緣拉桿接頭脫落。環氧樹脂黏接劑本身是一種化學物質,化學物質在特定的環境下會老化,進而影響黏接效果。絕緣拉桿連接方式不佳,承受應力能力不足,也都會引起接頭脫落。

4 試驗過程

4.1 試驗材料

試驗材料為特定玻璃布、滌綸布、進口環氧樹脂、固化劑、特定黏接劑。

4.2 試驗設備

試驗采用UTM5105微機控制電子萬能試驗機、DHG-400電熱恒溫鼓風烘箱、VRC-200環氧樹脂真空浸膠設備。

4.3 試驗條件

進行高壓柱式斷路器絕緣拉桿拉伸試驗時,拉伸速率為10 mm/min,拉伸至絕緣拉桿規定承受拉伸力值90 kN后,保持1 min。然后加壓至250 kN,于絕緣拉桿未被破壞時進行卸載。其間若絕緣拉桿被破壞,則記錄破壞力值及損壞部件。

4.4 試樣制備

按照真空壓力浸膠管標準工藝規程生產絕緣管,按圖紙要求加工絕緣管至規定螺紋。絕緣拉桿接頭按圖紙生產,經檢驗符合圖紙要求后涂敷黏接劑,放置于特定固化工裝上進行固化。保證絕緣拉桿滿足圖紙要求,然后進行拉伸試驗。

4.5 絕緣拉桿連接方式設定

絕緣拉桿連接方式種類較多,筆者研究幾種典型連接方式,包括絕緣管內外螺紋連接、絕緣管不同鋸齒形內螺紋連接、絕緣管內外金屬接頭連接,以及添加與不添加黏接劑連接。絕緣管內外螺紋連接絕緣拉桿分別如圖2、圖3所示。拉伸試驗時六種絕緣拉桿連接方式見表1,對拉伸試驗結果進行對比分析。

圖3 絕緣管外螺紋連接絕緣拉桿

圖2 絕緣管內螺紋連接絕緣拉桿

表1 拉伸試驗絕緣拉桿連接方式

5 試驗結果分析

5.1 絕緣管內螺紋連接

對于絕緣管鋸齒形內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式,筆者對比兩種鋸齒形內螺紋,在設定拉伸力為250 kN時對每種結構各三件試樣進行抗伸試驗,試驗結果見表2。

由表2可知,在設定拉伸力為250 kN時,所試驗的六件試樣中僅有一件試樣發生絕緣拉桿接頭拉脫破壞,且其破壞力值明顯大于絕緣拉桿的規定承受拉伸力值90 kN,說明采用絕緣管鋸齒形內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式,拉伸力數據穩定可靠,鋸齒形內螺紋結構不同時,對絕緣拉桿拉伸力值的影響不明顯。

表2 絕緣管內螺紋連接試驗結果

5.2 絕緣管外螺紋連接

采用絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式,筆者在設定拉伸力為250 kN時對三件試樣進行拉伸試驗,試驗結果見表3。

表3 絕緣管外螺紋連接試驗結果

由表3可知,在設定拉伸力為250 kN時,試樣全部發生拉脫。盡管破壞力值大于絕緣拉桿的規定承受拉伸力值(90 kN),但與絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式相比,破壞力值較小。另一方面,采用絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式,絕緣拉桿接頭所耗用的金屬材料要更多,因此與絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式相比,經濟效益及拉伸力值均不佳。

基于站點實測的土壤墑情數據和遙感反演的土壤含水量數據，通過旱情等級進行精度評價，對旱情監測結果進行驗證。基于地面站點觀測的土壤墑情數據，依據旱情等級標準，得到該站點旱情等級，與對應圖像像元的旱情等級進行對比，根據相同的比例評價旱情監測精度。表2～表4為2015年、2016年、2017年旱情等級精度評價表。

5.3 內外絕緣拉桿接頭連接

采用絕緣管+內外絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式,筆者在設定拉伸力為250 kN時對三件試樣進行拉伸力試驗,試驗結果見表4。

表4 內外絕緣拉桿接頭連接試驗結果

由表4可知,在設定拉伸力為250 kN時,有一件試樣發生開裂,開裂之處為金屬絕緣拉桿接頭,如圖4所示。絕緣管+內外絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式的拉伸力值較佳,相比絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式,由于增加了絕緣管外部金屬絕緣拉桿接頭,因此增加了絕緣拉桿的制造成本。

圖4 金屬絕緣拉桿接頭開裂

5.4 無黏接劑連接

采用絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭連接方式和絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭連接方式,不增加黏接劑黏接,在設定拉伸力為250 kN時進行拉伸試驗,試驗結果見表5。

表5 無黏接劑連接試驗結果

由表5可知,在設定拉伸力為250 kN時,不使用黏接劑,采用絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭連接方式,試樣破壞力值為233.5 kN,明顯大于采用絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭連接方式的試樣破壞力值。絕緣管內螺紋連接絕緣拉桿試樣實物如圖5所示,建議使用絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式。

圖5 絕緣管內螺紋連接絕緣拉桿試樣實物

5.5 試樣批次試驗對比

為分析對比不同批次絕緣拉桿拉伸力值的波動情況,對絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式和絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式各兩件絕緣拉桿在設定拉伸力為250 kN時進行第二批次拉伸試驗,試驗結果見表6。

表6 第二批次試驗結果

由表6可知,在設定拉伸力為250 kN時,絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式的絕緣拉桿破壞力值明顯大于絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式的絕緣拉桿破壞力值。對比表2、表3、表6,確認不同批次產品試驗數據有所波動。

6 結束語

筆者對高壓柱式斷路器絕緣拉桿的連接方式進行研究。采用絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式,絕緣拉桿力學拉伸性能較好。采用絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式,可以節約金屬材料的投入成本,絕緣拉桿拉伸力值明顯大于絕緣管外螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式。

綜上所述,對于高壓柱式斷路器絕緣拉桿,建議采用絕緣管內螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式。