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(xué), 蘇紅兵, 孫建祥

西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)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(shè)備損害,或者對電力系統(tǒng)的穩(wěn)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(gòu)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(gòu)驅(qū)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(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量的優(yōu)劣,直接決定高壓電器產(chǎn)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(jié)構(gòu)如圖1所示。絕緣管為真空浸膠環(huán)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(nèi)螺紋連接、絕緣管外螺紋連接等。

圖1 絕緣拉桿結(jié)構(gòu)

3 存在的問題

絕緣拉桿專用黏接劑一般為環(huán)氧樹脂膠黏劑,如果未完全固化,將導(dǎo)致絕緣拉桿無法與絕緣拉桿接頭穩(wěn)固連接,在斷路器動作過程中會出現(xiàn)絕緣拉桿脫落現(xiàn)象。絕緣管層間存在缺陷時,也會引起絕緣拉桿接頭脫落。環(huán)氧樹脂黏接劑本身是一種化學(xué)物質(zhì),化學(xué)物質(zhì)在特定的環(huán)境下會老化,進而影響?zhàn)そ有Ч?。絕緣拉桿連接方式不佳,承受應(yīng)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(huán)氧樹脂、固化劑、特定黏接劑。

4.2 試驗設(shè)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(fēng)烘箱、VRC-200環(huán)氧樹脂真空浸膠設(shè)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(guī)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(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程生產(chǎn)絕緣管,按圖紙要求加工絕緣管至規(guī)定螺紋。絕緣拉桿接頭按圖紙生產(chǎn),經(jīng)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(shè)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(nèi)外螺紋連接、絕緣管不同鋸齒形內(nèi)螺紋連接、絕緣管內(nèi)外金屬接頭連接,以及添加與不添加黏接劑連接。絕緣管內(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)果分析

5.1 絕緣管內(nèi)螺紋連接

對于絕緣管鋸齒形內(nèi)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(nèi)螺紋,在設(shè)定拉伸力為250 kN時對每種結(jié)構(gòu)各三件試樣進行抗伸試驗,試驗結(jié)果見表2。

由表2可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時,所試驗的六件試樣中僅有一件試樣發(fā)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(guī)定承受拉伸力值90 kN,說明采用絕緣管鋸齒形內(nèi)螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式,拉伸力數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,鋸齒形內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)不同時,對絕緣拉桿拉伸力值的影響不明顯。

表2 絕緣管內(nèi)螺紋連接試驗結(jié)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(shè)定拉伸力為250 kN時對三件試樣進行拉伸試驗,試驗結(jié)果見表3。

表3 絕緣管外螺紋連接試驗結(jié)果

由表3可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時,試樣全部發(fā)生拉脫。盡管破壞力值大于絕緣拉桿的規(guī)定承受拉伸力值(90 kN),但與絕緣管內(nèi)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(nèi)螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式相比,經(jīng)濟效益及拉伸力值均不佳。

基于站點實測的土壤墑情數(shù)據(jù)和遙感反演的土壤含水量數(shù)據(jù)，通過旱情等級進行精度評價，對旱情監(jiān)測結(jié)果進行驗證?；诘孛嬲军c觀測的土壤墑情數(shù)據(jù)，依據(jù)旱情等級標(biāo)準(zhǔn)，得到該站點旱情等級，與對應(yīng)圖像像元的旱情等級進行對比，根據(jù)相同的比例評價旱情監(jiān)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(nèi)外絕緣拉桿接頭連接

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

表4 內(nèi)外絕緣拉桿接頭連接試驗結(jié)果

由表4可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時,有一件試樣發(fā)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shè)定拉伸力為250 kN時進行拉伸試驗,試驗結(jié)果見表5。

表5 無黏接劑連接試驗結(jié)果

由表5可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時,不使用黏接劑,采用絕緣管內(nèi)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(nèi)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(nèi)螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式。

圖5 絕緣管內(nèi)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(nèi)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(shè)定拉伸力為250 kN時進行第二批次拉伸試驗,試驗結(jié)果見表6。

表6 第二批次試驗結(jié)果

由表6可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時,絕緣管內(nèi)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(rèn)不同批次產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)有所波動。

6 結(jié)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(nèi)螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式,絕緣拉桿力學(xué)拉伸性能較好。采用絕緣管內(nèi)螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑連接方式,可以節(jié)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(nèi)螺紋+絕緣拉桿接頭+專用黏接劑的連接方式。