芳綸絕緣拉桿研發(fā)綜述

寧蒙川 侯梅

摘 要：絕緣拉桿主要用于SF6斷路器和SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中，是用來將運(yùn)動(dòng)從接地的部分傳送到電器高電位部分的結(jié)構(gòu)元件，即實(shí)施電氣連接的開斷，是真空開關(guān)柜中的關(guān)鍵部件，起著絕緣、操作開斷的作用。該文論述了芳綸纖維絕緣拉桿國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和國產(chǎn)化的可行性，介紹了芳綸絕緣拉桿國產(chǎn)化的過程、設(shè)計(jì)方案、工藝總方案等，客觀地分析了產(chǎn)業(yè)化的途徑和市場預(yù)期。

關(guān)鍵詞：芳綸絕緣拉桿 互感器 GIS斷路器 國產(chǎn)化

中圖分類號(hào)：TQ320.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（a）-0052-02

絕緣拉桿主要用于SF6斷路器和SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中，是用來將運(yùn)動(dòng)從接地的部分傳送到電器高電位部分的結(jié)構(gòu)元件，即實(shí)施電氣連接的開斷，是真空開關(guān)柜中的關(guān)鍵部件，起著絕緣、操作開斷的作用。絕緣拉桿在其工作過程中既要承擔(dān)高的機(jī)械載荷，還要經(jīng)受高的操作過電壓，而且受到設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是細(xì)而長，在運(yùn)行中受很大的拉伸載荷或者扭轉(zhuǎn)載荷及瞬時(shí)的操作過電壓沖擊。由于開關(guān)設(shè)備在整個(gè)電網(wǎng)中是關(guān)鍵設(shè)備，更換操作比較復(fù)雜而且困難，因此要求設(shè)備具有超長壽命。根據(jù)這些要求，設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)對(duì)絕緣拉桿材料提出近乎苛刻的要求，不僅要求有非常高的電氣絕緣性能和機(jī)械性能（非常高的安全裕度），而且還需要材料具有良好的老化性能。

因此262 kV電壓等級(jí)及以上的高壓開關(guān)和互感器中主要應(yīng)用芳綸絕緣拉桿。

1 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前國外著名生產(chǎn)芳綸纖維絕緣拉桿的企業(yè)主要有3家，即瑞士AXICOM、德國伊索拉、韓國某企業(yè)。

瑞士AXICOM公司是美國Tyco Electronics并購AXICOM和SCHRACK兩家專業(yè)通訊繼電器公司而組建成立的公司。瑞士AXICOM公司專業(yè)生產(chǎn)制造絕緣拉桿和繼電器等產(chǎn)品，具有數(shù)10年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，占領(lǐng)國際60%以上的市場，目前國內(nèi)220 kV及以上電壓絕緣拉桿基本依靠進(jìn)口該公司產(chǎn)品。該公司在絕緣拉桿領(lǐng)域經(jīng)過多年的技術(shù)積累，逐漸從玻璃纖維絕緣拉桿向芳綸纖維絕緣拉桿過渡，目前該公司玻璃纖維的絕緣拉桿基本已經(jīng)停止生產(chǎn)，僅有少量的特殊場合的產(chǎn)品在生產(chǎn)。經(jīng)過多年的積累，該公司生產(chǎn)的有機(jī)芳綸纖維絕緣拉桿具有許多特點(diǎn)：配方及工藝獨(dú)具特點(diǎn)絕緣性能高，力學(xué)性能穩(wěn)定，產(chǎn)品成品率保持較高的水平，且成品率非常穩(wěn)定，但產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品供貨周期長，供貨周期一般在6個(gè)月，且價(jià)格很高，是傳統(tǒng)玻璃纖維絕緣拉桿的2～3倍以上。

德國伊索拉電氣主要是開發(fā)研究復(fù)合材料產(chǎn)品在電氣行業(yè)中應(yīng)用的專業(yè)化公司，其生產(chǎn)的特高壓絕緣件產(chǎn)品一直壟斷國際市場，近幾年也成功開發(fā)了芳綸纖維增強(qiáng)絕緣拉桿產(chǎn)品，目前已經(jīng)批量化上市，但成品率和質(zhì)量穩(wěn)定性尚無法與瑞士AXICOM公司相比。但其以在國際特高壓絕緣產(chǎn)品市場上的技術(shù)底蘊(yùn)，占領(lǐng)一定的國際市場是遲早的事。

國際上其他一些企業(yè)大都為固定的開關(guān)廠進(jìn)行配套生產(chǎn)，沒有專業(yè)化的公開上市銷售，因此國際上瑞士AXICOM仍然具有壟斷地位，而且近幾年內(nèi)這種局面很難打破。

日本東芝電氣等也開發(fā)了一些玻璃纖維增強(qiáng)的高壓絕緣拉桿，但品質(zhì)質(zhì)量與性能仍然無法與芳綸纖維材料的絕緣拉桿相比，因此東芝電氣也在開發(fā)研究芳綸纖維材料的絕緣拉桿產(chǎn)品，但目前為止尚無批量化產(chǎn)品出現(xiàn)。

絕緣拉桿作為設(shè)備的關(guān)鍵絕緣部件之一，目前國內(nèi)各廠家基本采用外購方式，開關(guān)廠與絕緣拉桿制造廠共同設(shè)計(jì)拉桿的外形和尺寸，拉桿廠負(fù)責(zé)絕緣材料的選擇和拉桿的加工制造，并且完成絕緣材料的機(jī)械性能試驗(yàn)，再由高壓開關(guān)廠在整臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行全套絕緣試驗(yàn)和機(jī)械性能試驗(yàn)。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

由于芳綸纖維復(fù)合材料成型技術(shù)復(fù)雜，對(duì)芳綸纖維的了解少，環(huán)氧配方技術(shù)落后，國內(nèi)目前沒有廠家能夠生產(chǎn)出性能合格的有機(jī)纖維絕緣拉桿，大多主要生產(chǎn)的是低端的玻璃纖維絕緣拉桿。國內(nèi)開關(guān)制造企業(yè)都選擇瑞士AXICOM公司生產(chǎn)的空心絕緣拉桿。其成本高，供貨周期長，售后服務(wù)不及時(shí)，關(guān)鍵技術(shù)受制于人。嚴(yán)重威脅國家電網(wǎng)安全，影響日常生產(chǎn)、生活，達(dá)不到國家發(fā)改委要求電力設(shè)備國產(chǎn)化率的要求。且未來隨著我國電力設(shè)備向超高壓、小型化發(fā)展，未來550 kV高壓斷路器、GIS用絕緣拉桿還會(huì)逐年增加，預(yù)計(jì)未來有機(jī)纖維絕緣拉桿需求量每年增加10%?，F(xiàn)急需對(duì)芳綸纖維絕緣拉桿進(jìn)行國產(chǎn)化研究。

1.3 該單位技術(shù)現(xiàn)狀

該單位擁有多年研究芳綸復(fù)合材料的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)芳綸復(fù)合材料的應(yīng)用有比較深的認(rèn)識(shí)，技術(shù)先進(jìn)、工藝領(lǐng)先。完全有能力把芳綸復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用于超高壓以上的電器設(shè)備的絕緣制品領(lǐng)域，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)絕緣拉桿高端市場?，F(xiàn)已突破芳綸絕緣拉桿的關(guān)鍵技術(shù)研究。

2 芳綸絕緣拉桿國產(chǎn)化步驟

國產(chǎn)化過程分為3階段進(jìn)行。

第一階段：引進(jìn)國外高新樣機(jī)，消化吸收。按各高壓開關(guān)廠的定單試生產(chǎn)，并返銷國外。與西安交通大學(xué)高壓絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行緊密合作，利用其在行業(yè)里的影響力和技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮企業(yè)和高等院校各自優(yōu)勢(shì)，既有完整的科學(xué)理論指導(dǎo)，又有豐富的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和革新創(chuàng)造活力。購買、安裝、調(diào)試必要的研發(fā)、生產(chǎn)儀器和設(shè)備，組織人員培訓(xùn)。完成中試各種數(shù)據(jù)采集，產(chǎn)品進(jìn)入試投產(chǎn)階段。

第二階段：解決產(chǎn)品在試投產(chǎn)階段所出現(xiàn)的各種問題，改進(jìn)創(chuàng)新，申報(bào)專利和爭取科技立項(xiàng)，購買批產(chǎn)設(shè)備，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上研制芳綸絕緣拉桿系列化產(chǎn)品；加大市場開發(fā)力度，對(duì)前期技術(shù)資料進(jìn)行整理和完善，為產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化后大批量推向市場做好基礎(chǔ)工作。

第三階段：解決產(chǎn)品擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模中出現(xiàn)的各種問題，進(jìn)一步完善產(chǎn)品系列，研制芳綸絕緣拉桿系列產(chǎn)品；提高產(chǎn)品性價(jià)比，加大人才儲(chǔ)備，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。不斷改進(jìn)產(chǎn)品在生產(chǎn)和銷售中遇到的各種問題，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，降低產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售成本，提高產(chǎn)品知名度和市場信譽(yù)度。該階段優(yōu)先擴(kuò)大國內(nèi)市場銷售，提高我國高壓斷路器和GIS國產(chǎn)化率。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析和社會(huì)效益的初步分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

目前對(duì)互感器、斷路器和GIS行業(yè)用絕緣拉桿市場調(diào)研情況進(jìn)行調(diào)研，電力設(shè)備制造行業(yè)和輸變電行業(yè)對(duì)絕緣拉桿的需求量很大，但絕大多數(shù)220 kV以上電壓等級(jí)的絕緣拉桿目前國內(nèi)靠進(jìn)口。通過分析可以看出，該產(chǎn)品雖然技術(shù)難度大，總需求量不大，但其利潤率較高，并且有較大的發(fā)展空間（見表1）。

3.2 社會(huì)效益分析

芳綸絕緣拉桿國內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)，一方面可以填補(bǔ)國內(nèi)空白；另一方面可以引領(lǐng)電力設(shè)備制造技術(shù)升級(jí)換代，同時(shí)它的應(yīng)用延伸可以拓展更多的輸配電設(shè)備領(lǐng)域。

4 結(jié)語

高壓互感器、高壓斷路器、GIS等高壓電器用芳綸絕緣拉桿是機(jī)構(gòu)和本體高壓電極的重要傳動(dòng)部件，是高壓斷路器和GIS的核心部件，在斷路器和GIS開斷工作時(shí)起著關(guān)鍵性的作用，同時(shí)又長期承受高電壓、高場強(qiáng)、高機(jī)械負(fù)荷，芳綸絕緣拉桿國內(nèi)沒有生產(chǎn)廠家，屬于高端絕緣制品。

西安超碼復(fù)合材料有限公司具有多年芳綸復(fù)合材料成型技術(shù)研究開發(fā)基礎(chǔ)，開發(fā)的高壓電器設(shè)備用高性能有機(jī)纖維絕緣拉桿，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；全部性能指標(biāo)滿足高壓斷路器和GIS的要求，產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于或等同于國外產(chǎn)品，可以完全替代進(jìn)口，提高斷路器和GIS國產(chǎn)化率，提升超高壓開關(guān)設(shè)備國際市場競爭能力，提升我國開關(guān)行業(yè)的技術(shù)能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 付東升，張康助，孫福林.環(huán)氧樹脂灌封材料工藝性探討[J].絕緣材料，2003（6）：31-33.

[2] 閆剛，樊曉斌，張笑梅，等.RTM成型工藝對(duì)復(fù)合材料制品性能的影響[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2008，23（2）：27-30.

[3] 王源.復(fù)合材料RTM成型工藝綜述[J].纖維復(fù)合材料，1997（1）：20-24.

[4] 喬?hào)|，胡紅.樹脂基復(fù)合材料成型工藝研究進(jìn)展[J].塑料工業(yè)，2008，36（S1）：11-13.