絕緣扭桿作為隔離開關(guān)本體和操作機構(gòu)之間機械連接的傳動零件，在產(chǎn)品運行過程中主要承受著電和熱應(yīng)力的作用。由于其在工作中長期承受瞬時載荷，其性能好壞直接決定了高壓隔離開關(guān)的可靠性。

目前國內(nèi)自主生產(chǎn)的絕緣扭桿主要為252kV及以下等級的的玻璃纖維或聚酯纖維絕緣扭桿，252kV以上電壓等級的絕緣扭桿主要依賴進口，嚴重制約了國內(nèi)電工裝配關(guān)鍵核心部件的國產(chǎn)化及高電壓等級組合電器設(shè)備的發(fā)展。本文制定了一套完整的驗證方案，主要選取三家不同纖維類型的國內(nèi)絕緣扭桿進行相關(guān)性能研究，以滿足超高壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（gas insulated switchgear, GIS）用絕緣扭桿的使用要求。

1 試驗

1）試驗方案

為了保證國產(chǎn)化扭桿代替進口扭桿的可行性，制定了一套完整的驗證方案，具體見表1。研究對象為三家國內(nèi)制造商的絕緣扭桿，代號為絕緣扭桿X、絕緣扭桿L及絕緣扭桿T。

2）測試方法

（1）熱試驗考核的是絕緣扭桿在極限高、低溫下長期使用的可靠性和在溫度突變時對熱應(yīng)力的適應(yīng)性。試驗按照IEC 62271—203《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備—第203部分：額定電壓52kV以上的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》進行測試。

表1 試驗方案

（2）介電常數(shù)/介質(zhì)損耗因數(shù)按照GB/T 1409—2006《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長在內(nèi)）下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》進行測試。

（3）吸紅按照GB/T 20142—2006《標(biāo)稱電壓高于1000V的交流架空線路用線路柱式復(fù)合絕緣子—定義、試驗方法及接收準(zhǔn)則》進行測試。

（4）吸水率按照GB/T 1034—2008《塑料吸水性的測定》進行測試。

（5）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度按照GB/T 1634.1—2004（所有部分）《塑料 負荷變形溫度測定》。

2 測試結(jié)果與討論

2.1 絕緣扭桿用組織結(jié)構(gòu)分析

表2為三家絕緣扭桿和進口絕緣扭桿的纖維類型及樹脂體系分析結(jié)果。絕緣扭桿用纖維類型如圖1所示。

表2 不同廠家絕緣扭桿的成分分析

圖1 不同廠家絕緣扭桿用纖維類型

從表2、圖1中可以看出，國產(chǎn)絕緣扭桿用纖維類型均不同，絕緣扭桿L與進口絕緣扭桿用纖維類型相同，絕緣扭桿T采用的是芳綸纖維。國產(chǎn)絕緣扭桿用纖維類型均不同，絕緣扭桿L與進口絕緣扭桿用纖維類型相同，絕緣扭桿T采用的是芳綸纖維。

2.2 絕緣扭桿的物理性能

三家絕緣扭桿的物理性能對比見表3。

表3 不同廠家絕緣扭桿的物理性能

由表3可知，三家絕緣扭桿的物理性能有些許差異，這是由于采用不同纖維類型及樹脂體系所造成的。同時三家絕緣扭桿的物理性能與進口絕緣扭桿相近。

三家絕緣扭桿的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均大于超高壓GIS運行過程中絕緣扭桿的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度要求（105℃），但絕緣扭桿L、絕緣扭桿T的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高，說明其耐高溫性能更優(yōu)。

吸水率是絕緣扭桿的一個重要參數(shù)，吸水率對其電氣強度又有著很大的影響，絕緣扭桿吸水之后，其介質(zhì)損耗升高、局部缺陷增多，導(dǎo)致易被擊穿，而本文中絕緣扭桿的吸水率均完全滿足不超過0.3%的使用要求。因此，從表3中可以看出絕緣扭桿T的綜合物理性能更加優(yōu)異。

2.3 絕緣扭桿的電氣性能

表4為三家絕緣扭桿的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)結(jié)果。從表4可知，國產(chǎn)絕緣扭桿T的介質(zhì)損耗因數(shù)與進口絕緣扭桿相當(dāng)，說明國產(chǎn)絕緣扭桿T的電氣性能優(yōu)異，產(chǎn)品致密性好。

表4 不同廠家絕緣扭桿的電氣性能

2.4 絕緣扭桿的驗證試驗

絕緣扭桿作為隔離開關(guān)本體和操作機構(gòu)之間機械連接的傳動零件，在傳動過程中主要沿軸向承受著電和熱應(yīng)力的作用。開關(guān)設(shè)備投入電網(wǎng)運行后，絕緣扭桿的質(zhì)量必須100%可靠，不得出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，因此要保證絕緣扭桿裝配前各項技術(shù)指標(biāo)檢測合格。

選取三家絕緣扭桿分別進行了如下測試試驗：外觀檢查、工頻耐壓和局部放電試驗、熱試驗、力學(xué)性能試驗、機械壽命試驗及絕緣試驗，結(jié)果見表5。從表5中可以看出，三家絕緣扭桿的各項技術(shù)指標(biāo)檢測均達到相應(yīng)的技術(shù)要求。

表5 不同廠家絕緣扭桿的驗證結(jié)果

表5續(xù)

2.5 經(jīng)濟成本分析

相較于進口絕緣扭桿的價格，國產(chǎn)絕緣扭桿的價格均能下降50%以上。推廣使用國產(chǎn)絕緣扭桿能夠大幅降低制造成本。

3 結(jié)論

• 1）本文的驗證方案主要包括絕緣管材、單件零件的性能分析試驗以及樣機裝配壽命、絕緣試驗，驗證方案系統(tǒng)、完整；試驗驗證結(jié)果充分有效。
• 2）從吸水率、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、介質(zhì)損耗等性能可知，國產(chǎn)絕緣扭桿T綜合性能最優(yōu)。
• 3）國產(chǎn)絕緣扭桿T具有優(yōu)異的電氣絕緣性能和力學(xué)性能，能滿足超高壓GIS隔離開關(guān)用絕緣扭桿的使用要求。
• 4）國產(chǎn)絕緣扭桿T價格優(yōu)勢明顯，價格下降50%以上，降低了產(chǎn)品制造成本。