高壓開(kāi)關(guān)絕緣拉桿異常斷裂分析

顏晨光 張旸 王光明

（1. 正泰電氣股份有限公司 2. 自由職業(yè)者）

0 引言

高壓開(kāi)關(guān)是用以分?jǐn)嗪徒油ǜ邏弘娐罚瑢?duì)高壓電力系統(tǒng)起保護(hù)、控制和隔離作用的電力機(jī)械的總稱。它一般具有可以開(kāi)啟和閉合的觸點(diǎn)。高壓斷路器在高壓開(kāi)關(guān)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[1-3]，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。

高壓斷路器是高壓開(kāi)關(guān)的重要組成部分，在實(shí)際應(yīng)用中有多種類(lèi)型的產(chǎn)品，如油斷路器，磁吹空氣斷路器，壓縮空氣斷路器，真空斷路器和SF6斷路器等。絕緣拉桿是高壓斷路器連接斷路器本體和機(jī)構(gòu)的重要零件，起著絕緣和動(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，直接決定了高壓電器產(chǎn)品是否能夠正常運(yùn)行[3-13]。

1 常見(jiàn)絕緣拉桿的分類(lèi)

高壓開(kāi)關(guān)中絕緣拉桿按其形狀可分為板型、管型絕緣拉桿；按絕緣材料組成可分為玻璃纖維、芳綸纖維和聚酯纖維絕緣拉桿；按絕緣材料工藝制造方法分類(lèi)可分為模壓法、噴射法、纏繞法、真空浸膠和引拔成型等，隨著設(shè)備電壓等級(jí)的提高，以及電網(wǎng)安全性能要求，現(xiàn)階段高壓開(kāi)關(guān)用絕緣拉桿要求使用真空浸膠工藝生產(chǎn)的絕緣拉桿為主流產(chǎn)品。

常見(jiàn)絕緣拉桿形狀如圖1所示。

圖1 常見(jiàn)絕緣拉桿（板型和管型）

2 故障絕緣拉桿描述

某高壓開(kāi)關(guān)用絕緣拉桿在產(chǎn)品入廠例行試驗(yàn)中，圖紙技術(shù)要求破壞拉力值為≥250kN/min，當(dāng)抽試的絕緣拉桿樣品拉力值至180.4kN時(shí)，拉伸試驗(yàn)絕緣拉桿發(fā)出異響，并且絕緣拉桿與拉桿金屬接頭發(fā)生拉脫故障，故障拉桿圖如圖2所示。

圖2 故障絕緣拉桿

3 故障成因分析

發(fā)生故障的絕緣拉桿組成為：真空浸膠玻璃布管+絕緣拉桿金屬連接接頭+專用粘接劑。

首先對(duì)真空浸膠玻璃布管，如果玻璃布層間存在氣泡、浸膠未完全或玻璃布自身組成經(jīng)緯線斷裂等缺陷問(wèn)題，并且上述問(wèn)題發(fā)生于真空浸膠玻璃布管與絕緣拉桿金屬連接接頭連接部位，將影響絕緣拉桿拉伸強(qiáng)度并引發(fā)上述故障；其次絕緣拉桿金屬連接接頭加工螺紋規(guī)格不符合圖紙要求、螺紋表面處理缺陷或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也可能引發(fā)上述故障；再者專用粘接劑一般為環(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，同時(shí)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，在拉伸過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)絕緣拉桿脫落現(xiàn)象。

3.1 真空浸膠玻璃布管影響

對(duì)于故障絕緣拉桿所用真空浸膠玻璃布管，抽查該批次庫(kù)存產(chǎn)品以及生產(chǎn)過(guò)程控制文件，經(jīng)檢查其生產(chǎn)過(guò)程記錄符合工藝文件參數(shù)要求，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)異常記錄；抽查同批次庫(kù)存產(chǎn)品，按技術(shù)文件要求參數(shù)進(jìn)行力學(xué)性能、電性能檢測(cè)，其要求值與測(cè)試值如表1所示。

表1 真空浸膠玻璃布管性能

對(duì)表1中測(cè)試真空浸膠玻璃布管數(shù)據(jù)分析表明，該批次生產(chǎn)產(chǎn)品，符合技術(shù)參數(shù)要求，與控制文件記錄無(wú)差異，該批次真空浸膠玻璃布管產(chǎn)品質(zhì)量總體合格。

對(duì)于拉脫絕緣拉桿所用真空浸膠玻璃布管，在其拉脫部位，重新加工螺紋，以及絕緣拉桿金屬連接接頭，未涂覆專用粘接劑，連接后進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，其拉伸力值如表2所示。

表2 絕緣拉桿拉力值（單位：kN）

由表2中測(cè)試絕緣拉桿拉力值數(shù)據(jù)，表明該真空浸膠玻璃布管剩余部分重新加工，滿足拉伸力值要求，即發(fā)生故障絕緣拉桿用真空浸膠玻璃布管重新加工后，也可以符合拉伸強(qiáng)度技術(shù)參數(shù)要求。

3.2 絕緣拉桿金屬連接接頭影響

絕緣拉桿所用金屬連接接頭，其材料組成為鋁合金，技術(shù)文件要求為表面陽(yáng)極氧化處理，對(duì)故障拉桿試樣檢查，發(fā)現(xiàn)其金屬連接接頭未進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，為分析未進(jìn)行表面陽(yáng)極氧化是否影響拉伸力值，投入按技術(shù)要求的表面陽(yáng)極氧化金屬連接接頭絕緣拉桿試驗(yàn)，采用螺紋連接，不使用專用粘接劑固化粘接，用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件定制為：拉伸試驗(yàn)機(jī)，對(duì)絕緣拉桿試驗(yàn)，拉伸力值到達(dá)253kN，保持1min后，進(jìn)行卸載。

在上述試驗(yàn)完成后，對(duì)表面陽(yáng)極氧化處理的絕緣拉桿所用金屬連接接頭，機(jī)加工去除螺紋部分表面陽(yáng)極氧化涂層，清理清洗機(jī)加異物、油污后，連接真空浸膠玻璃布管，不使用專用粘接劑固化粘接，用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件定制為：拉伸試驗(yàn)機(jī)，對(duì)絕緣拉桿試驗(yàn)，拉伸力值到達(dá)259kN，保持1min后，進(jìn)行卸載。兩次試驗(yàn)結(jié)果的拉伸力值如表3所示。

表3 絕緣拉桿拉力值 （單位：kN）

由表3中測(cè)試絕緣拉桿拉力值數(shù)據(jù)，表明絕緣拉桿所用金屬連接接頭，其螺紋表面是否進(jìn)行陽(yáng)極氧化，不是影響本次拉桿試樣發(fā)生拉脫的主要因素。

3.3 專用粘接劑影響

絕緣拉桿生產(chǎn)中所用專用粘接劑，在選型確定后，對(duì)生產(chǎn)批次所用產(chǎn)品，經(jīng)復(fù)查，處于正常控制過(guò)程，無(wú)異常記錄，因此使用該批次粘接劑重新生產(chǎn)兩件拉桿試樣，其拉力值如表4所示。

表4 絕緣拉桿拉力值 （單位：kN）

由表4中測(cè)試絕緣拉桿拉力值數(shù)據(jù)，表明絕緣拉桿所用粘接劑，其性能滿足絕緣拉桿生產(chǎn)需要，不是影響本次拉桿試樣發(fā)生拉脫的主要因素。

3.4 絕緣拉桿生產(chǎn)工藝過(guò)程影響

絕緣拉桿生產(chǎn)過(guò)程，根據(jù)其工藝流程，分為真空浸膠玻璃布管生產(chǎn)過(guò)程控制；金屬連接接頭生產(chǎn)過(guò)程控制；粘接生產(chǎn)過(guò)程控制；固化過(guò)程；尺寸檢測(cè)、電性能（工頻耐壓、局放等）檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)，在上述性能檢測(cè)合格后，轉(zhuǎn)入包裝工序，抽真空密封包裝，同時(shí)放入規(guī)定的干燥劑、吸潮變色試紙，防止運(yùn)輸過(guò)程中，包裝破損，絕緣拉桿吸附水分，造成拉桿所用絕緣材質(zhì)性能減低。

對(duì)該批次拉桿生產(chǎn)的相關(guān)記錄，進(jìn)行檢查，其工藝參數(shù)符合相應(yīng)文件要求，未發(fā)現(xiàn)不良工藝記錄。結(jié)合相應(yīng)的對(duì)該批次其他拉桿抽檢，工藝過(guò)程控制符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 固化校正工裝影響

對(duì)于絕緣拉桿兩端金屬連接件，圖紙要求具備規(guī)定的同軸度要求，為保證達(dá)到圖紙要求，制造廠家投入了專用固化同軸裝配工裝，抽查絕緣拉桿試樣，采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，檢測(cè)絕緣拉桿同軸度如圖3所示，測(cè)量結(jié)果符合圖紙要求。

圖3 絕緣拉桿同軸度檢測(cè)

3.6 試樣拉桿斷裂原因

對(duì)于絕緣拉桿整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程篩查后，發(fā)現(xiàn)無(wú)法確認(rèn)，具體引發(fā)拉力值不合格的確定因素，因而對(duì)生產(chǎn)流程的相關(guān)人員，逐一進(jìn)行了解調(diào)查，發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿試樣加工人員，反應(yīng)此次部分絕緣拉桿試樣采用的真空浸膠玻璃布管，個(gè)別試樣采用接近料頭部分原料，然后再結(jié)合拉桿接頭拉脫試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)情況圖片，如圖4所示，即拉桿拉脫現(xiàn)場(chǎng)，拉桿連接金屬接頭內(nèi)部具有片狀脫落物，同時(shí)真空浸膠玻璃布管絕緣螺紋局部完全脫落，從而判定本次拉桿拉力值不合格，主要影響因素為真空浸膠玻璃布管缺陷所致，由于靠近料頭，浸膠時(shí)可能存在部分氣泡，膠液未能完全浸入玻璃布中，或玻璃布層間缺陷造成絕緣管螺紋強(qiáng)度不足，在拉力作用下絕緣螺紋脫落，使得絕緣拉桿拉力值未能滿足要求。

圖4 絕緣拉桿拉脫、金屬連接部位及脫落物

4 結(jié)束語(yǔ)

1）絕緣拉桿生產(chǎn)工藝過(guò)程管控，存在部分控制缺陷，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2）對(duì)真空浸膠玻璃布管，應(yīng)明確在文件中規(guī)定，不得使用料頭的一定部位，避免類(lèi)似問(wèn)題發(fā)生。

3）采取檢測(cè)改進(jìn)措施，增強(qiáng)檢測(cè)真空浸膠玻璃布管內(nèi)部的氣泡、層間以及料頭缺陷手段，將不良品控制在使用前的階段，提高絕緣拉桿質(zhì)量。