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氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear, GIS）具有占地面積小、運行成本低、安全可靠性高的特點，在我國輸變電工程中得到了廣泛應用。其電氣性能及機械性能的優(yōu)劣對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有重要影響，因而受到了普遍關(guān)注。

絕緣拉桿是GIS斷路器中的關(guān)鍵部件，起著絕緣和傳遞動力的重要作用。一方面，它用于GIS斷路器的高電位與低電位之間，需要具有優(yōu)良的絕緣性能，以承受電場的長期作用；另一方面，它用于連接GIS斷路器的觸頭和操作機構(gòu)，起傳遞機械動力的作用。而斷路器分合閘動作時間短、速度高、沖擊載荷大，這對絕緣拉桿的機械性能提出了較高的要求。

絕緣拉桿性能的優(yōu)劣對GIS設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性有重要影響。絕緣拉桿機械及電氣失效如圖1所示，當材料性能不佳時，拉桿本體可能會出現(xiàn)裂紋、分層等內(nèi)部缺陷，隨著運行時間的增加，這些缺陷會逐漸發(fā)展，最終造成斷裂或擊穿事故，危害電力設(shè)備安全運行。

圖1 絕緣拉桿機械及電氣失效

目前，絕緣拉桿的材料、結(jié)構(gòu)等特性參數(shù)尚無相應的技術(shù)規(guī)范，GIS斷路器運行中絕緣拉桿的受力和形變規(guī)律也并不清楚，這對絕緣拉桿性能控制指標的確定造成了極大阻礙，不利于提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量穩(wěn)定性。因此，開展GIS斷路器絕緣拉桿動態(tài)特性的測試，研究絕緣拉桿在分、合閘過程中的形變及頻率響應等關(guān)鍵性能，可以為規(guī)范絕緣拉桿的材料和結(jié)構(gòu)控制指標提供依據(jù)，對提升絕緣拉桿長期運行性能，實現(xiàn)絕緣拉桿的國產(chǎn)化替代，具有重要意義。

目前，針對GIS斷路器絕緣拉桿的研究主要集中在材料配方體系及制備工藝、故障反演、動力學分析等幾個方面。GIS斷路器絕緣拉桿用材料主要有玻璃纖維環(huán)氧復合材料及芳綸/聚酯纖維環(huán)氧復合材料兩條技術(shù)路線。侯亞峰等從凝膠時間、粘度等方面研究了不同配方的環(huán)氧樹脂-芳綸體系的性能，對最佳配方體系的綜合性能進行驗證，確定了滿足工藝要求的環(huán)氧樹脂配方體系。

有學者則從拉伸、壓縮、彎曲強度及理化性能的角度，對高壓絕緣拉桿的環(huán)氧樹脂配方體系開展研究。楊威等通過真空浸漬工藝制備芳綸絕緣拉桿并測試其綜合性能，同時與國外同類產(chǎn)品進行比較。玻璃纖維環(huán)氧復合材料方面，有學者采用無絲粘接工藝，針對126kV GIS研制了玻璃布-聚酯纖維卷繞的絕緣拉桿成品。

然而，根據(jù)現(xiàn)場故障分析，制造工藝的瑕疵，未充分考慮絕緣拉桿長期運行下電、力聯(lián)合作用等因素，給GIS斷路器安全穩(wěn)定運行帶來了很大挑戰(zhàn)。因此，有學者開始從電場仿真分析的角度探究拉桿故障的原因，并提出相應的應對措施；同時，從拉桿的動力學特性方面開展深入研究。GIS斷路器絕緣拉桿的動力學分析主要從仿真與試驗兩個方面進行。應用ADAMAS、Ansys等軟件獲得斷路器分、合閘過程中的瞬態(tài)行程曲線及受力情況等，并與實測結(jié)果對比，可以為斷路器的設(shè)計、強度校核與產(chǎn)品研發(fā)提供指導。對分合閘過程中的動態(tài)形變分析，則可以獲得絕緣拉桿在動作時的變形過程。

然而，在以往研究中，并未對動作過程中絕緣拉桿的整體形態(tài)及瞬態(tài)下由于機械波折反射產(chǎn)生的應變特性進行討論與分析。長期運行下絕緣拉桿的分、合閘沖擊疲勞特性也亟待研究。

綜上，中國電力科學研究院等單位的科研人員通過GIS斷路器模擬機，針對252kV GIS斷路器絕緣拉桿開展了分、合閘沖擊疲勞試驗，研究252kV GIS斷路器絕緣拉桿的動態(tài)應變特性及分、合閘沖擊作用下拉桿形態(tài)的變化規(guī)律，獲得252kV GIS斷路器絕緣拉桿應變特性隨動作次數(shù)的變化規(guī)律。

圖2 GIS斷路器模擬機

他們得到的主要研究結(jié)果如下：

1）分、合閘過程中絕緣拉桿均存在壓縮與拉伸應變，分閘中拉應變和壓應變最大值分別為2262.8με和2301με，合閘中分別為1309.0με和1026με。最大值均出現(xiàn)在拉桿觸頭側(cè)端部金屬件粘接處。

2）分、合閘時絕緣拉桿存在不均勻受力的情況，且拉桿承受壓縮應變時還會受到彎曲的作用。在對拉桿材料考核時需予以考慮。

3）GIS斷路器絕緣拉桿分、合閘應變響應譜的頻率分量主要集中在600Hz以下，且均存在3個主要特征峰，特征峰頻率分閘高于合閘。

4）隨著操作次數(shù)的增加，分、合閘應變響應的幅頻特性曲線高頻分量逐漸向低頻區(qū)300Hz移動。第一特征峰的幅值與頻率基本不變。

研究人員表示，該研究結(jié)果可以支撐絕緣拉桿材料試驗和型式試驗體系的構(gòu)建，為該類型絕緣拉桿的設(shè)計分析提供參考和數(shù)據(jù)支撐。

以上研究成果發(fā)表在2021年《電工技術(shù)學報》增刊1，論文標題為“斷路器絕緣拉桿動態(tài)性能模擬試驗”，作者為王浩然、陳允 等。