高壓SF6斷路器絕緣拉桿連接方式的試驗研究

王光明，牛建鴻，王傳川，關 文，黃淑妮

(西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安 710018)

高壓SF6斷路器在高壓電路中不僅需要切斷、閉合空載電流和負荷電流，而且當系統發生故障時通過繼電器保護裝置的作用，需切斷過負荷電流和短路電流。當斷路器本身故障失去應有切斷電流的能力[1-5]，將造成其他電力設備損害或者給電力系統穩定造成威脅，甚至造成人員傷亡。

高壓SF6斷路器的絕緣拉桿是連接斷路器本體和機構的重要零件，具有絕緣和動力傳遞的重要作用，絕緣拉桿作為傳輸操作機構驅動動觸頭運動的核心絕緣部件，在產品運行中，絕緣拉桿一般要承受2000次以上的開、斷疲勞操作試驗；根據國標要求，M2斷路器的壽命即絕緣拉桿壽命高達上萬次。絕緣拉桿與配套金具粘接緊固質量的好壞，直接決定了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質量的安全可靠，擬對絕緣管與金屬接頭的多種連接方式進行試驗研究，以確定拉桿接頭連接的最佳結構方案。

1 絕緣拉桿常見連接方式

高壓SF6斷路器用絕緣拉桿，其接頭現階段常見的連接方式為真空浸膠環氧玻璃布管和外部金屬連接，相互之間通過填充環氧樹脂粘接劑進行固化，具體形式見圖1。

圖1 絕緣拉桿結構

環氧樹脂膠粘劑未完全固化將導致絕緣拉桿無法與金屬件穩定固定，在斷路器動作過程中就會出現絕緣拉桿脫落現象；真空浸膠環氧玻璃布管層間存在缺陷時，也會引起絕緣拉桿金屬接頭脫落；環氧樹脂粘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，將會影響固化的環氧樹脂粘接效果；絕緣拉桿接頭連接方式不佳，承受應力能力不夠也將引起接頭脫落等。本課題僅研究連接方式不同時，拉桿拉伸應力變化關系。

2 試驗準備

2.1 主要原材料

特定玻璃布，滌綸布，進口環氧樹脂，固化劑，特定粘接劑(用于拉桿接頭粘接)。

2.2 主要儀器與設備

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。

進行拉桿拉伸試驗時拉伸速率為10 mm/min，拉伸至90 kN后，保持1 min，然后升到250 kN，未破壞時卸載。

2.3 試樣制備

按照真空壓力浸膠管標準工藝規程，生產出絕緣管，將絕緣管按圖紙要求加工出規定螺紋，金屬接頭按圖生產，經檢驗符合圖紙要求后，涂敷粘接劑，放置于特定固化工裝上固化，保證絕緣拉桿滿足圖紙同軸度要求。

2.4 絕緣拉桿試樣連接方式設定

本課題對其連接方式采用表1所用形式，并對拉伸試驗結果進行對比分析。

表1 絕緣拉桿連接方式設定表

3 拉伸試驗結果分析

3.1 絕緣管內螺紋結構

對于絕緣拉桿絕緣管內螺紋結構，對比了2種螺紋規格(見圖2、圖3)，即絕緣管內螺紋a、絕緣管內螺紋b 2種螺紋結構(a、b為2種鋸齒形螺紋)，其拉伸力值見表2。

圖2 絕緣拉桿內螺紋結構

圖3 絕緣拉桿外螺紋結構

表2 絕緣拉桿拉力值(絕緣管內螺紋) kN

由表2中數據可知，在設定拉力250 kN下，僅1件破壞，絕緣管內螺紋連接結構數據穩定可靠，螺紋結構不同時，影響效果不明顯。

3.2 絕緣管外螺紋結構

對于絕緣管與金屬接頭的連接方式為絕緣管外螺紋的絕緣拉桿，其拉伸力值見表3。

表3 絕緣拉桿拉力值(絕緣管外螺紋) kN

由表3中數據可知，在設定拉力250 kN下，試品全部破壞；由試驗數據可得出絕緣管外螺紋連接結構，其拉力值雖然達到圖紙要求值(拉力值≥90 kN)，其破壞值不高，此連接結構，與絕緣管內螺紋對比，其經濟效益及拉伸力值均不佳。

3.3 絕緣管內外金屬接頭

對于絕緣管內外金屬接頭的連接方式的絕緣拉桿，其拉伸力值見表4。

表4 絕緣拉桿拉力值(絕緣管內外金屬接頭) kN

由表4中數據可知，在設定拉力250 kN下，試品有1件破壞，但拉桿連接處均未破壞；所破壞之處為金屬接頭開裂。其連接結構拉伸力值較佳，由于增加金屬外接頭，增加制造成本。

3.4 僅螺紋連接結構

對于絕緣管內螺紋+金屬接頭無粘接劑(A1-10)、絕緣管外螺紋+金屬接頭(C1-10)，采用僅螺紋連接，未增加膠粘劑粘接，其拉伸力值見表5。

表5 絕緣拉桿拉力值(內、外螺紋無粘接劑) kN

由表5中數據可知，即便不使用膠粘劑的情況下，絕緣管內螺紋連接結構的拉伸力值(233.5 kN接頭壞)明顯高于絕緣管外螺紋連接結構的拉伸力值(84.2 kN)，試驗后試品圖片見圖4，因此建議使用絕緣管內螺紋連接結構。

圖4 絕緣管內螺紋拉伸后及接頭損壞

3.5 試樣批次試驗對比

對于絕緣管絕緣管內螺紋、絕緣管外螺紋，為確定試驗樣品生產批次穩定性，投入第2批試品，其試驗拉伸力值見表6。

表6 第2批絕緣拉桿拉力值 kN

由表6中數據可知，同批次試品絕緣管內螺紋連接結構的拉伸力值(A1)明顯高于絕緣管外螺紋連接結構的拉伸力值(C1)；同時，A1、C1試樣拉伸力值與表2、表3中數據對比后可見，批次不同其試驗值均有波動。

4 結論

a.采用絕緣管內螺紋+粘接劑連接結構，其力學拉伸性能較好，經濟成本低。

b.對高壓SF6斷路器用絕緣拉桿，建議采用絕緣管內螺紋+粘接劑連接結構。

c.采用絕緣管內螺紋+粘接劑連接結構，一方面節約金屬接頭材料投入成本，另一方面其拉伸力值明顯高于現階段采用的絕緣管外螺紋+粘接劑連接結構。