高压柱式断路器绝缘拉杆连接方式试验研究

王光明, 高励学, 苏红兵, 孙建祥

西安西电高压开关有限责任公司 西安 710018

1 研究背景

高压柱式断路器在高压电路中用于切断、闭合空载电流和负荷电流,当系统发生故障时,通过继电保护装置的作用,切断过负荷电流和短路电流。如果高压柱式断路器因自身故障而失去切断电流的能力,那么将造成其它电力设备损害,或者对电力系统的稳定运行造成威胁,甚至造成人员伤亡[1-5]。

高压柱式断路器的绝缘拉杆是连接断路器本体和操作机构的重要零件,起绝缘和传递动力的重要作用。绝缘拉杆作为操作机构驱动动触头运动的核心绝缘部件,一般要承受2 000次以上的开、断疲劳操作试验。根据国家标准要求,高压柱式断路器的寿命需要达到上万次。绝缘拉杆与配套接头黏接紧固质量的优劣,直接决定高压电器产品是否能够正常运行[6-12]。

为确保绝缘拉杆性能的安全可靠,笔者对高压柱式断路器绝缘拉杆的连接方式进行试验研究,以确定绝缘拉杆的最佳连接方式。

2 绝缘拉杆连接方式

高压柱式断路器绝缘拉杆的结构如图1所示。绝缘管为真空浸胶环氧玻璃布管,绝缘拉杆接头为金属制件,两者通过专用黏接剂黏接。绝缘拉杆的连接方式通常指绝缘管与绝缘拉杆接头之间的连接类型,按有无螺纹可分为螺纹连接+黏接剂、无螺纹+黏接剂,按螺纹种类可分为锯齿螺纹连接、梯形螺纹连接、特殊螺纹连接等,按绝缘管螺纹部位可分为绝缘管内螺纹连接、绝缘管外螺纹连接等。

图1 绝缘拉杆结构

3 存在的问题

绝缘拉杆专用黏接剂一般为环氧树脂胶黏剂,如果未完全固化,将导致绝缘拉杆无法与绝缘拉杆接头稳固连接,在断路器动作过程中会出现绝缘拉杆脱落现象。绝缘管层间存在缺陷时,也会引起绝缘拉杆接头脱落。环氧树脂黏接剂本身是一种化学物质,化学物质在特定的环境下会老化,进而影响黏接效果。绝缘拉杆连接方式不佳,承受应力能力不足,也都会引起接头脱落。

4 试验过程

4.1 试验材料

试验材料为特定玻璃布、涤纶布、进口环氧树脂、固化剂、特定黏接剂。

4.2 试验设备

试验采用UTM5105微机控制电子万能试验机、DHG-400电热恒温鼓风烘箱、VRC-200环氧树脂真空浸胶设备。

4.3 试验条件

进行高压柱式断路器绝缘拉杆拉伸试验时,拉伸速率为10 mm/min,拉伸至绝缘拉杆规定承受拉伸力值90 kN后,保持1 min。然后加压至250 kN,于绝缘拉杆未被破坏时进行卸载。其间若绝缘拉杆被破坏,则记录破坏力值及损坏部件。

4.4 试样制备

按照真空压力浸胶管标准工艺规程生产绝缘管,按图纸要求加工绝缘管至规定螺纹。绝缘拉杆接头按图纸生产,经检验符合图纸要求后涂敷黏接剂,放置于特定固化工装上进行固化。保证绝缘拉杆满足图纸要求,然后进行拉伸试验。

4.5 绝缘拉杆连接方式设定

绝缘拉杆连接方式种类较多,笔者研究几种典型连接方式,包括绝缘管内外螺纹连接、绝缘管不同锯齿形内螺纹连接、绝缘管内外金属接头连接,以及添加与不添加黏接剂连接。绝缘管内外螺纹连接绝缘拉杆分别如图2、图3所示。拉伸试验时六种绝缘拉杆连接方式见表1,对拉伸试验结果进行对比分析。

图3 绝缘管外螺纹连接绝缘拉杆

图2 绝缘管内螺纹连接绝缘拉杆

表1 拉伸试验绝缘拉杆连接方式

5 试验结果分析

5.1 绝缘管内螺纹连接

对于绝缘管锯齿形内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式,笔者对比两种锯齿形内螺纹,在设定拉伸力为250 kN时对每种结构各三件试样进行抗伸试验,试验结果见表2。

由表2可知,在设定拉伸力为250 kN时,所试验的六件试样中仅有一件试样发生绝缘拉杆接头拉脱破坏,且其破坏力值明显大于绝缘拉杆的规定承受拉伸力值90 kN,说明采用绝缘管锯齿形内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式,拉伸力数据稳定可靠,锯齿形内螺纹结构不同时,对绝缘拉杆拉伸力值的影响不明显。

表2 绝缘管内螺纹连接试验结果

5.2 绝缘管外螺纹连接

采用绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式,笔者在设定拉伸力为250 kN时对三件试样进行拉伸试验,试验结果见表3。

表3 绝缘管外螺纹连接试验结果

由表3可知,在设定拉伸力为250 kN时,试样全部发生拉脱。尽管破坏力值大于绝缘拉杆的规定承受拉伸力值(90 kN),但与绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式相比,破坏力值较小。另一方面,采用绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式,绝缘拉杆接头所耗用的金属材料要更多,因此与绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式相比,经济效益及拉伸力值均不佳。

基于站点实测的土壤墒情数据和遥感反演的土壤含水量数据，通过旱情等级进行精度评价，对旱情监测结果进行验证。基于地面站点观测的土壤墒情数据，依据旱情等级标准，得到该站点旱情等级，与对应图像像元的旱情等级进行对比，根据相同的比例评价旱情监测精度。表2～表4为2015年、2016年、2017年旱情等级精度评价表。

5.3 内外绝缘拉杆接头连接

采用绝缘管+内外绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式,笔者在设定拉伸力为250 kN时对三件试样进行拉伸力试验,试验结果见表4。

表4 内外绝缘拉杆接头连接试验结果

由表4可知,在设定拉伸力为250 kN时,有一件试样发生开裂,开裂之处为金属绝缘拉杆接头,如图4所示。绝缘管+内外绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式的拉伸力值较佳,相比绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式,由于增加了绝缘管外部金属绝缘拉杆接头,因此增加了绝缘拉杆的制造成本。

图4 金属绝缘拉杆接头开裂

5.4 无黏接剂连接

采用绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头连接方式和绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头连接方式,不增加黏接剂黏接,在设定拉伸力为250 kN时进行拉伸试验,试验结果见表5。

表5 无黏接剂连接试验结果

由表5可知,在设定拉伸力为250 kN时,不使用黏接剂,采用绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头连接方式,试样破坏力值为233.5 kN,明显大于采用绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头连接方式的试样破坏力值。绝缘管内螺纹连接绝缘拉杆试样实物如图5所示,建议使用绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式。

图5 绝缘管内螺纹连接绝缘拉杆试样实物

5.5 试样批次试验对比

为分析对比不同批次绝缘拉杆拉伸力值的波动情况,对绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式和绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式各两件绝缘拉杆在设定拉伸力为250 kN时进行第二批次拉伸试验,试验结果见表6。

表6 第二批次试验结果

由表6可知,在设定拉伸力为250 kN时,绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式的绝缘拉杆破坏力值明显大于绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式的绝缘拉杆破坏力值。对比表2、表3、表6,确认不同批次产品试验数据有所波动。

6 结束语

笔者对高压柱式断路器绝缘拉杆的连接方式进行研究。采用绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式,绝缘拉杆力学拉伸性能较好。采用绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式,可以节约金属材料的投入成本,绝缘拉杆拉伸力值明显大于绝缘管外螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂连接方式。

综上所述,对于高压柱式断路器绝缘拉杆,建议采用绝缘管内螺纹+绝缘拉杆接头+专用黏接剂的连接方式。