特高压 GIS断路器用绝缘拉杆应用现状

特高压 GIS断路器用绝缘拉杆应用现状

王丽娟 赵建磊 李俊锋

平高集团有限公司 河南平顶山 467001

摘要：随着社会发展和经济建设的推进，我国电力行业面临着巨大的压力。对于电力输送的安全和稳定性极为看重。绝缘拉杆是断路器中极为重要的组成部件，当前我国电力系统中特高压GIS断路器所应用的绝缘拉杆是采用纤维增强的环氧树脂制造而成，其生产技术多数从纺轮纤维增强的空心管型和玻璃纤维增强的实心板型。为保证实际应用的安全和稳定，需要了解和全面掌握绝缘拉杆的制造技术和性能检测，如此才能够实现高质量的应用，确保电力输送安全。本篇文章主要针对特高压GIS断路器中的绝缘拉杆应用进行分析，首先介绍其结构和制作工艺，再分析其性能标准和检测现状，最后简单阐述实际应用现状。

关键词：特高压GIS断路器；绝缘拉杆；应用现状

近年来，随着社会发展和科学技术水平的进步，尤其信息技术和电子技术的快速发展，大量电子产品和电器涌入人们的生活，使人们的生活质量得到了显著的提升。同时也为电力系统带来了巨大的压力，为提高人们用电质量，电力企业也不断进行电力系统设备的升级和改造，以期能够加大电力输送质量和安全性能。绝缘拉杆是高压电路器中极为关键的绝缘部件，尤其在特高压短路中，对绝缘拉杆的要求极高，需要其具备很强的电气和机械性能，特高压GIS断路器中所应用的绝缘拉杆制造工艺难度很大，我国目前的制造技术还无法满足，大多数为进口。绝缘拉杆目前的纺轮纤维空心管和玻璃纤维实心板这两种在质量上和拉伸度上都各有优势，但在实际使用中其统计故障发生率较高，而电力企业还没有制定出统一的特定GIS断路器用绝缘拉杆的质量检测标准，需要电力企业不断进行相关研究，确保其质量的可靠性。

1. 特高压GIS断路器绝缘拉杆结构和制作工艺

特高压GIS是指气体绝缘金属封闭开关设备，简称特高压GIS断路器。其具有结构紧凑，占地小，稳定性高等特点^[1]。在我国电力系统中的超高压、特高压电力设备当中应用极为广泛。绝缘拉杆是特高压GIS断路器当中极为重要的组成构件，主要的应用是连接接地部分传输到高电位部分，起到电气连接通断的作用。通常来讲，绝缘拉杆结构较细且长，在电气操作中需要承受一定程度上的拉伸和压缩载荷的冲击电压，操作中的合闸、分闸次数较多，这对绝缘拉杆的结构设计和质量有着极为严苛的要求，尤其注重其电气绝缘性能和机械性能，对于制造材料也有着疲劳性能的高标准要求。早在上世纪60年代，高压开关产业已经得到了迅猛发展。GIS系列的产品是由上世纪70年代初时发展出来的，而我国国内高压开关厂是在上世纪80年代相继从国外引进了相关的技术，如此才实现了绝缘拉杆真空压力浸胶环氧绝缘制品的产出，GIS断路器所用的绝缘拉杆几乎全部采用纤维增强的环氧材料制作。目前较为常用的是玻璃纤维和芳纶纤维以及聚酯纤维。主要原因在于纤维材料具有很好的机械强度和绝缘性以及耐热性。能够保证与环氧树脂的结合应用。在研发的初期所采用的制造工艺通常包括模压法、手糊法、喷射法和缠绕法以及引拔成型法。但国内的制造工艺所生产出的产品有一些不足，具有较多的气隙，而且高电压性的耐受能力较差。容易发生游离放电造成绝缘击穿，随着科学技术的进步和制造工艺的成熟，国内的生产工艺和生产质量逐渐提升，形成了真空压力浸胶的工艺路线，整体结构随不如国外先进技术生产的高性能，但及实际应用的效果已经有了很大的提升^[2]。

特高压GIS双断口多路器所使用的是玻璃纤维的实心版型绝缘拉杆。其整体结构采用玻璃纤维增强环氧树脂固化，成型之后在拉杆两端进行加工开口并嵌入金属附件，通常为金属圆环，将金属附件与操动机构进行连接，实现绝缘拉杆功能的使用。但玻璃纤维的实心板形角拉杆在实际应用中，由于玻璃纤维中含有大量的SiO₂成分,容易与灭弧过程中所产生的酸性分解物发生化学反应，由此产生低电阻产物。会引起绝缘拉杆的沿面闪络，所以要注意采取一些防护措施，目前采用的是进行绝缘漆的涂刷^[3]。

2. 特高压GIS断路器绝缘拉杆性能标准和检测

目前GIS产品电压等级的提升，使得绝缘拉杆内部所使用的绝缘件地位逐渐上升。国内通常采用盆式绝缘子和绝缘拉杆等大型绝缘件次数较多，但由于的检测缺乏一定的标准规定上的统一，很多绝缘拉杆厂商在进行制造时对绝缘拉杆的检测并没有进行严格的监督和采用相对先进的技术，仅仅只是通过一些试验进行运行安全方面的检测^[4]。在型式试验方也缺乏专门的标准，所以也没有与第三方监测机构进行合作。GIS断路器所使用的绝缘拉杆在型式试验项目由于受到设备能力的限制，绝缘能力表现较弱已经成为了目前很多绝缘拉杆生产厂家所面临的难题。此外，不同纤维增强绝缘材料的性能也存在着差异，在性能表现上和生产发方面也会表现出很多问题。例如染色渗透实验、工频耐公平耐压和局部放电实验等结果有很大差异。很多国外厂商生产的绝缘拉杆产品在质量方面有着很好的优势，由于测试标准不统一，文章只是进行参考，但主要的问题在于，压缩强度和耐电弧性的方面，不同厂商产品的性能所产生的重要指标也会存在不同。我国为保证绝缘拉杆关键部件的质量，曾在2015年发布了关于交流变电文件，其中明确指出了对绝缘拉杆的考核办法，规定绝缘拉杆必须以工程为单位进行抽样试验，主要项目包括了拉伸试验、工频局部放电试验，主要检测目的是耐受力和拉伸力以及破坏力，需要检测的目标包括树脂的含量、密度和玻璃化转变温度

^[5]。

3. 特高压GIS断路器绝缘拉杆实际应用简述

目前，我国国家电网不断地加强对特高压直流工程换流站内所采用的特高级GIS断路器相关设备的输送，并坚持进行绝缘拉杆数量的精确统计和质量的严格把关。截止到目前，玻璃纤维实心板型的绝缘拉杆性能表现较为良好。还未有发生故障，而空心管型的绝缘拉杆在实验当中曾出现了两次主绝缘拉杆的机械拉断和电阻开关绝缘拉杆的绝缘击穿故障，在检测过程当中，玻璃纤维绝缘拉杆的性能和质量表现也较为优越。在检测当中发现。空心管型的绝缘拉杆内部均有电流通过是导致拉杆烧蚀和出现绝缘击穿故障的主要原因。由此可以看出，玻璃纤维实心板型的绝缘拉杆表现出了更为稳定的电气和机械性能，且故障率低，是目前特高压GIS断路器当中绝缘拉杆选用的主要版型^[6]。

结束语：

结合上述文章内容所述，我国当前所采用的特高压GIS断路器绝缘拉杆主要是纺轮纤维空心管型和玻璃纤维实心板型绝缘拉杆，多数是依靠进口供应，而在实际应用中，纺轮纤维空心管型的绝缘拉杆所采用的是纺轮纤维，其质量较轻，抗拉伸度较高，但其结构较为复杂，制造工艺稳定性要求较高，而玻璃纤维实心板型在电气和机械性能方面有着很好的表现，稳定性较高，故障率较小，而空心管型的故障率则相对较高。国内对于绝缘拉杆的研究和制作工艺也值不断进行分析和推进，相关部门必须要积极的进行相关技术的研发和实践应用，从其受力过程再到拉伸性能等方面进行重点的研究，并建立统一的技术规范标准，以期能够早日实现特高压GIS绝缘拉杆的国产化，提高制造工艺的水平，增强实际应用的质量和安全稳定。

参考文献：

[1]陈允,张鹏飞,崔博源,王宁华,吴昱怡,刘焱.特高压GIS断路器用绝缘拉杆应用现状[J].高电压技术,2019,45(09):2699-2706.

[2]方昌健,左琪,刘文魁,郭学凤.芳纶纤维绝缘拉杆在高压电器中的应用研究[J].技术与市场,2017(8)

[3]张家顺,王国龙,孙志勇.高压断路器操作机构相间拉杆断裂分析[J].云南电力技术,2016(z1)

[4]王林,欧传亮.特高压变压器绝缘结构分析[J].科研,2016:198.

[5]薛英龙.高压断路器绝缘拉杆受力测试[J].电子制作,2015,No.295(22):17.

[6]王睿,侯梅,谢瑞广,张卓,陈新.高电压等级绝缘拉杆研究[J].电瓷避雷器,2015(03):17-19+26.