高压SF6断路器绝缘拉杆连接方式的试验研究

王光明，牛建鸿，王传川，关 文，黄淑妮

(西安西电高压开关有限责任公司，陕西 西安 710018)

高压SF6断路器在高压电路中不仅需要切断、闭合空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，需切断过负荷电流和短路电流。当断路器本身故障失去应有切断电流的能力[1-5]，将造成其他电力设备损害或者给电力系统稳定造成威胁，甚至造成人员伤亡。

高压SF6断路器的绝缘拉杆是连接断路器本体和机构的重要零件，具有绝缘和动力传递的重要作用，绝缘拉杆作为传输操作机构驱动动触头运动的核心绝缘部件，在产品运行中，绝缘拉杆一般要承受2000次以上的开、断疲劳操作试验；根据国标要求，M2断路器的寿命即绝缘拉杆寿命高达上万次。绝缘拉杆与配套金具粘接紧固质量的好坏，直接决定了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质量的安全可靠，拟对绝缘管与金属接头的多种连接方式进行试验研究，以确定拉杆接头连接的最佳结构方案。

1 绝缘拉杆常见连接方式

高压SF6断路器用绝缘拉杆，其接头现阶段常见的连接方式为真空浸胶环氧玻璃布管和外部金属连接，相互之间通过填充环氧树脂粘接剂进行固化，具体形式见图1。

图1 绝缘拉杆结构

环氧树脂胶粘剂未完全固化将导致绝缘拉杆无法与金属件稳定固定，在断路器动作过程中就会出现绝缘拉杆脱落现象；真空浸胶环氧玻璃布管层间存在缺陷时，也会引起绝缘拉杆金属接头脱落；环氧树脂粘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，将会影响固化的环氧树脂粘接效果；绝缘拉杆接头连接方式不佳，承受应力能力不够也将引起接头脱落等。本课题仅研究连接方式不同时，拉杆拉伸应力变化关系。

2 试验准备

2.1 主要原材料

特定玻璃布，涤纶布，进口环氧树脂，固化剂，特定粘接剂(用于拉杆接头粘接)。

2.2 主要仪器与设备

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。

进行拉杆拉伸试验时拉伸速率为10 mm/min，拉伸至90 kN后，保持1 min，然后升到250 kN，未破坏时卸载。

2.3 试样制备

按照真空压力浸胶管标准工艺规程，生产出绝缘管，将绝缘管按图纸要求加工出规定螺纹，金属接头按图生产，经检验符合图纸要求后，涂敷粘接剂，放置于特定固化工装上固化，保证绝缘拉杆满足图纸同轴度要求。

2.4 绝缘拉杆试样连接方式设定

本课题对其连接方式采用表1所用形式，并对拉伸试验结果进行对比分析。

表1 绝缘拉杆连接方式设定表

3 拉伸试验结果分析

3.1 绝缘管内螺纹结构

对于绝缘拉杆绝缘管内螺纹结构，对比了2种螺纹规格(见图2、图3)，即绝缘管内螺纹a、绝缘管内螺纹b 2种螺纹结构(a、b为2种锯齿形螺纹)，其拉伸力值见表2。

图2 绝缘拉杆内螺纹结构

图3 绝缘拉杆外螺纹结构

表2 绝缘拉杆拉力值(绝缘管内螺纹) kN

由表2中数据可知，在设定拉力250 kN下，仅1件破坏，绝缘管内螺纹连接结构数据稳定可靠，螺纹结构不同时，影响效果不明显。

3.2 绝缘管外螺纹结构

对于绝缘管与金属接头的连接方式为绝缘管外螺纹的绝缘拉杆，其拉伸力值见表3。

表3 绝缘拉杆拉力值(绝缘管外螺纹) kN

由表3中数据可知，在设定拉力250 kN下，试品全部破坏；由试验数据可得出绝缘管外螺纹连接结构，其拉力值虽然达到图纸要求值(拉力值≥90 kN)，其破坏值不高，此连接结构，与绝缘管内螺纹对比，其经济效益及拉伸力值均不佳。

3.3 绝缘管内外金属接头

对于绝缘管内外金属接头的连接方式的绝缘拉杆，其拉伸力值见表4。

表4 绝缘拉杆拉力值(绝缘管内外金属接头) kN

由表4中数据可知，在设定拉力250 kN下，试品有1件破坏，但拉杆连接处均未破坏；所破坏之处为金属接头开裂。其连接结构拉伸力值较佳，由于增加金属外接头，增加制造成本。

3.4 仅螺纹连接结构

对于绝缘管内螺纹+金属接头无粘接剂(A1-10)、绝缘管外螺纹+金属接头(C1-10)，采用仅螺纹连接，未增加胶粘剂粘接，其拉伸力值见表5。

表5 绝缘拉杆拉力值(内、外螺纹无粘接剂) kN

由表5中数据可知，即便不使用胶粘剂的情况下，绝缘管内螺纹连接结构的拉伸力值(233.5 kN接头坏)明显高于绝缘管外螺纹连接结构的拉伸力值(84.2 kN)，试验后试品图片见图4，因此建议使用绝缘管内螺纹连接结构。

图4 绝缘管内螺纹拉伸后及接头损坏

3.5 试样批次试验对比

对于绝缘管绝缘管内螺纹、绝缘管外螺纹，为确定试验样品生产批次稳定性，投入第2批试品，其试验拉伸力值见表6。

表6 第2批绝缘拉杆拉力值 kN

由表6中数据可知，同批次试品绝缘管内螺纹连接结构的拉伸力值(A1)明显高于绝缘管外螺纹连接结构的拉伸力值(C1)；同时，A1、C1试样拉伸力值与表2、表3中数据对比后可见，批次不同其试验值均有波动。

4 结论

a.采用绝缘管内螺纹+粘接剂连接结构，其力学拉伸性能较好，经济成本低。

b.对高压SF6断路器用绝缘拉杆，建议采用绝缘管内螺纹+粘接剂连接结构。

c.采用绝缘管内螺纹+粘接剂连接结构，一方面节约金属接头材料投入成本，另一方面其拉伸力值明显高于现阶段采用的绝缘管外螺纹+粘接剂连接结构。