王光明, 高勵(lì)學(xué), 蘇紅兵, 孫建祥

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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(fù)荷電流,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),通過繼電保護(hù)裝置的作用,切斷過負(fù)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(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(jī)構(gòu)的重要零件,起絕緣和傳遞動(dòng)力的重要作用。絕緣拉桿作為操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的核心絕緣部件,一般要承受2 000次以上的開、斷疲勞操作試驗(yàn)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,高壓柱式斷路器的壽命需要達(dá)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(yùn)行[6-12]。

為確保絕緣拉桿性能的安全可靠,筆者對(duì)高壓柱式斷路器絕緣拉桿的連接方式進(jìn)行試驗(yàn)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(dòng)作過程中會(huì)出現(xiàn)絕緣拉桿脫落現(xiàn)象。絕緣管層間存在缺陷時(shí),也會(huì)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(huì)老化,進(jìn)而影響?zhàn)そ有Ч＝^緣拉桿連接方式不佳,承受應(yīng)力能力不足,也都會(huì)引起接頭脫落。

4 試驗(yàn)過程

4.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為特定玻璃布、滌綸布、進(jìn)口環(huán)氧樹脂、固化劑、特定黏接劑。

4.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用UTM5105微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)、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(yàn)條件

進(jìn)行高壓柱式斷路器絕緣拉桿拉伸試驗(yàn)時(shí),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(shí)進(jìn)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(yàn)符合圖紙要求后涂敷黏接劑,放置于特定固化工裝上進(jìn)行固化。保證絕緣拉桿滿足圖紙要求,然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

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(yàn)時(shí)六種絕緣拉桿連接方式見表1,對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(yàn)絕緣拉桿連接方式

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 絕緣管內(nèi)螺紋連接

對(duì)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(duì)比兩種鋸齒形內(nèi)螺紋,在設(shè)定拉伸力為250 kN時(shí)對(duì)每種結(jié)構(gòu)各三件試樣進(jìn)行抗伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時(shí),所試驗(yàn)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(shí),對(duì)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(yàn)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(shí)對(duì)三件試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 絕緣管外螺紋連接試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時(shí),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(jì)效益及拉伸力值均不佳。

基于站點(diǎn)實(shí)測(cè)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(jí)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，對(duì)旱情監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證?；诘孛嬲军c(diǎn)觀測(cè)的土壤墑情數(shù)據(jù)，依據(jù)旱情等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，得到該站點(diǎn)旱情等級(jí)，與對(duì)應(yīng)圖像像元的旱情等級(jí)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)相同的比例評(píng)價(jià)旱情監(jiān)測(cè)精度。表2～表4為2015年、2016年、2017年旱情等級(jí)精度評(píng)價(jià)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(shí)對(duì)三件試樣進(jìn)行拉伸力試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 內(nèi)外絕緣拉桿接頭連接試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時(shí),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(shí)進(jìn)行拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 無黏接劑連接試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時(shí),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(shí)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(shí)物

5.5 試樣批次試驗(yàn)對(duì)比

為分析對(duì)比不同批次絕緣拉桿拉伸力值的波動(dòng)情況,對(duì)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(shí)進(jìn)行第二批次拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 第二批次試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知,在設(shè)定拉伸力為250 kN時(shí),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(duì)比表2、表3、表6,確認(rèn)不同批次產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)有所波動(dòng)。

6 結(jié)束語

筆者對(duì)高壓柱式斷路器絕緣拉桿的連接方式進(jìn)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(duì)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。