高壓SF6斷路器絕緣拉桿連接方式的試驗(yàn)研究

王光明，牛建鴻，王傳川，關(guān) 文，黃淑妮

(西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)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(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)繼電器保護(hù)裝置的作用，需切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流。當(dāng)斷路器本身故障失去應(yīng)有切斷電流的能力[1-5]，將造成其他電力設(shè)備損害或者給電力系統(tǒng)穩(wěn)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(jī)構(gòu)的重要零件，具有絕緣和動(dòng)力傳遞的重要作用，絕緣拉桿作為傳輸操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的核心絕緣部件，在產(chǎn)品運(yùn)行中，絕緣拉桿一般要承受2000次以上的開(kāi)、斷疲勞操作試驗(yàn)；根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，M2斷路器的壽命即絕緣拉桿壽命高達(dá)上萬(wàn)次。絕緣拉桿與配套金具粘接緊固質(zhì)量的好壞，直接決定了高壓電器產(chǎn)品是否能夠正常運(yùn)行[6-12]。

為確保絕緣拉桿性能質(zhì)量的安全可靠，擬對(duì)絕緣管與金屬接頭的多種連接方式進(jìn)行試驗(yàn)研究，以確定拉桿接頭連接的最佳結(jié)構(gòu)方案。

1 絕緣拉桿常見(jiàn)連接方式

高壓SF6斷路器用絕緣拉桿，其接頭現(xiàn)階段常見(jiàn)的連接方式為真空浸膠環(huán)氧玻璃布管和外部金屬連接，相互之間通過(guò)填充環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑進(jìn)行固化，具體形式見(jiàn)圖1。

圖1 絕緣拉桿結(jié)構(gòu)

環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑未完全固化將導(dǎo)致絕緣拉桿無(wú)法與金屬件穩(wěn)定固定，在斷路器動(dòng)作過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)絕緣拉桿脫落現(xiàn)象；真空浸膠環(huán)氧玻璃布管層間存在缺陷時(shí)，也會(huì)引起絕緣拉桿金屬接頭脫落；環(huán)氧樹(shù)脂粘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(huì)老化，將會(huì)影響固化的環(huán)氧樹(shù)脂粘接效果；絕緣拉桿接頭連接方式不佳，承受應(yīng)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(shí)，拉桿拉伸應(yīng)力變化關(guān)系。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 主要原材料

特定玻璃布，滌綸布，進(jìn)口環(huán)氧樹(shù)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(shè)備

UTM5105微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，DHG-400電熱恒溫鼓風(fēng)烘箱，VRC-200環(huán)氧樹(shù)脂真空浸膠設(shè)備。

進(jìn)行拉桿拉伸試驗(yàn)時(shí)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(shí)卸載。

2.3 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)出絕緣管，將絕緣管按圖紙要求加工出規(guī)定螺紋，金屬接頭按圖生產(chǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)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(mǎn)足圖紙同軸度要求。

2.4 絕緣拉桿試樣連接方式設(shè)定

本課題對(duì)其連接方式采用表1所用形式，并對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 絕緣拉桿連接方式設(shè)定表

3 拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 絕緣管內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)

對(duì)于絕緣拉桿絕緣管內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，對(duì)比了2種螺紋規(guī)格(見(jiàn)圖2、圖3)，即絕緣管內(nèi)螺紋a、絕緣管內(nèi)螺紋b 2種螺紋結(jié)構(gòu)(a、b為2種鋸齒形螺紋)，其拉伸力值見(jiàn)表2。

圖2 絕緣拉桿內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)

圖3 絕緣拉桿外螺紋結(jié)構(gòu)

表2 絕緣拉桿拉力值(絕緣管內(nèi)螺紋) kN

由表2中數(shù)據(jù)可知，在設(shè)定拉力250 kN下，僅1件破壞，絕緣管內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，螺紋結(jié)構(gòu)不同時(shí)，影響效果不明顯。

3.2 絕緣管外螺紋結(jié)構(gòu)

對(duì)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(jiàn)表3。

表3 絕緣拉桿拉力值(絕緣管外螺紋) kN

由表3中數(shù)據(jù)可知，在設(shè)定拉力250 kN下，試品全部破壞；由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出絕緣管外螺紋連接結(jié)構(gòu)，其拉力值雖然達(dá)到圖紙要求值(拉力值≥90 kN)，其破壞值不高，此連接結(jié)構(gòu)，與絕緣管內(nèi)螺紋對(duì)比，其經(jīng)濟(jì)效益及拉伸力值均不佳。

3.3 絕緣管內(nèi)外金屬接頭

對(duì)于絕緣管內(nèi)外金屬接頭的連接方式的絕緣拉桿，其拉伸力值見(jiàn)表4。

表4 絕緣拉桿拉力值(絕緣管內(nèi)外金屬接頭) kN

由表4中數(shù)據(jù)可知，在設(shè)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(kāi)裂。其連接結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

對(duì)于絕緣管內(nèi)螺紋+金屬接頭無(wú)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(jiàn)表5。

表5 絕緣拉桿拉力值(內(nèi)、外螺紋無(wú)粘接劑) kN

由表5中數(shù)據(jù)可知，即便不使用膠粘劑的情況下，絕緣管內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)的拉伸力值(233.5 kN接頭壞)明顯高于絕緣管外螺紋連接結(jié)構(gòu)的拉伸力值(84.2 kN)，試驗(yàn)后試品圖片見(jiàn)圖4，因此建議使用絕緣管內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)。

圖4 絕緣管內(nèi)螺紋拉伸后及接頭損壞

3.5 試樣批次試驗(yàn)對(duì)比

對(duì)于絕緣管絕緣管內(nèi)螺紋、絕緣管外螺紋，為確定試驗(yàn)樣品生產(chǎn)批次穩(wěn)定性，投入第2批試品，其試驗(yàn)拉伸力值見(jiàn)表6。

表6 第2批絕緣拉桿拉力值 kN

由表6中數(shù)據(jù)可知，同批次試品絕緣管內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)的拉伸力值(A1)明顯高于絕緣管外螺紋連接結(jié)構(gòu)的拉伸力值(C1)；同時(shí)，A1、C1試樣拉伸力值與表2、表3中數(shù)據(jù)對(duì)比后可見(jiàn)，批次不同其試驗(yàn)值均有波動(dòng)。

4 結(jié)論

a.采用絕緣管內(nèi)螺紋+粘接劑連接結(jié)構(gòu)，其力學(xué)拉伸性能較好，經(jīng)濟(jì)成本低。

b.對(duì)高壓SF6斷路器用絕緣拉桿，建議采用絕緣管內(nèi)螺紋+粘接劑連接結(jié)構(gòu)。

c.采用絕緣管內(nèi)螺紋+粘接劑連接結(jié)構(gòu)，一方面節(jié)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(xiàn)階段采用的絕緣管外螺紋+粘接劑連接結(jié)構(gòu)。