超高压气体绝缘金属封闭开关用国产绝缘扭杆的性能研究
西安西电开关电气有限公司的研究人员邓建青，在2020年第3期《电气技术》杂志上撰文，选取了三种不同纤维类型的国产绝缘扭杆进行性能研究，制定了一套完整的验证方案，主要从绝缘管材、单件零件的性能分析及机械操作寿命、绝缘试验等方面，系统地、完整地分析对比了三种国产绝缘扭杆与进口扭杆的性能差异。
结果表明：国产绝缘扭杆T具有优异的电气绝缘性能和力学性能，能完全满足超高压气体绝缘金属封闭开关对高性能绝缘扭杆的要求。同时从经济成本上分析，国产绝缘扭杆T的价格能下降50%以上，推广使用国产绝缘扭杆T能够大幅降低制造成本。
绝缘扭杆作为隔离开关本体和操作机构之间机械连接的传动零件，在产品运行过程中主要承受着电和热应力的作用。由于其在工作中长期承受瞬时载荷，其性能好坏直接决定了高压隔离开关的可靠性。
目前国内自主生产的绝缘扭杆主要为252kV及以下等级的的玻璃纤维或聚酯纤维绝缘扭杆，252kV以上电压等级的绝缘扭杆主要依赖进口，严重制约了国内电工装配关键核心部件的国产化及高电压等级组合电器设备的发展。本文制定了一套完整的验证方案，主要选取三家不同纤维类型的国内绝缘扭杆进行相关性能研究，以满足超高压气体绝缘金属封闭开关（gas insulated switchgear, GIS）用绝缘扭杆的使用要求。
1 试验
1）试验方案
为了保证国产化扭杆代替进口扭杆的可行性，制定了一套完整的验证方案，具体见表1。研究对象为三家国内制造商的绝缘扭杆，代号为绝缘扭杆X、绝缘扭杆L及绝缘扭杆T。
2）测试方法
（1）热试验考核的是绝缘扭杆在极限高、低温下长期使用的可靠性和在温度突变时对热应力的适应性。试验按照IEC 62271—203《高压开关设备和控制设备—第203部分：额定电压52kV以上的气体绝缘金属封闭开关设备》进行测试。
表1 试验方案
（2）介电常数/介质损耗因数按照GB/T 1409—2006《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长在内）下电容率和介质损耗因数的推荐方法》进行测试。
（3）吸红按照GB/T 20142—2006《标称电压高于1000V的交流架空线路用线路柱式复合绝缘子—定义、试验方法及接收准则》进行测试。
（4）吸水率按照GB/T 1034—2008《塑料吸水性的测定》进行测试。
（5）玻璃化转变温度按照GB/T 1634.1—2004（所有部分）《塑料 负荷变形温度测定》。
2 测试结果与讨论
2.1 绝缘扭杆用组织结构分析
表2为三家绝缘扭杆和进口绝缘扭杆的纤维类型及树脂体系分析结果。绝缘扭杆用纤维类型如图1所示。
表2 不同厂家绝缘扭杆的成分分析
图1 不同厂家绝缘扭杆用纤维类型
从表2、图1中可以看出，国产绝缘扭杆用纤维类型均不同，绝缘扭杆L与进口绝缘扭杆用纤维类型相同，绝缘扭杆T采用的是芳纶纤维。国产绝缘扭杆用纤维类型均不同，绝缘扭杆L与进口绝缘扭杆用纤维类型相同，绝缘扭杆T采用的是芳纶纤维。
2.2 绝缘扭杆的物理性能
三家绝缘扭杆的物理性能对比见表3。
表3 不同厂家绝缘扭杆的物理性能
由表3可知，三家绝缘扭杆的物理性能有些许差异，这是由于采用不同纤维类型及树脂体系所造成的。同时三家绝缘扭杆的物理性能与进口绝缘扭杆相近。
三家绝缘扭杆的玻璃化转变温度均大于超高压GIS运行过程中绝缘扭杆的玻璃化转变温度要求（105℃），但绝缘扭杆L、绝缘扭杆T的玻璃化转变温度更高，说明其耐高温性能更优。
吸水率是绝缘扭杆的一个重要参数，吸水率对其电气强度又有着很大的影响，绝缘扭杆吸水之后，其介质损耗升高、局部缺陷增多，导致易被击穿，而本文中绝缘扭杆的吸水率均完全满足不超过0.3%的使用要求。因此，从表3中可以看出绝缘扭杆T的综合物理性能更加优异。
2.3 绝缘扭杆的电气性能
表4为三家绝缘扭杆的介电常数和介质损耗因数结果。从表4可知，国产绝缘扭杆T的介质损耗因数与进口绝缘扭杆相当，说明国产绝缘扭杆T的电气性能优异，产品致密性好。
表4 不同厂家绝缘扭杆的电气性能
2.4 绝缘扭杆的验证试验
绝缘扭杆作为隔离开关本体和操作机构之间机械连接的传动零件，在传动过程中主要沿轴向承受着电和热应力的作用。开关设备投入电网运行后，绝缘扭杆的质量必须100%可靠，不得出现任何质量问题，因此要保证绝缘扭杆装配前各项技术指标检测合格。
选取三家绝缘扭杆分别进行了如下测试试验：外观检查、工频耐压和局部放电试验、热试验、力学性能试验、机械寿命试验及绝缘试验，结果见表5。从表5中可以看出，三家绝缘扭杆的各项技术指标检测均达到相应的技术要求。
表5 不同厂家绝缘扭杆的验证结果
表5续
2.5 经济成本分析
相较于进口绝缘扭杆的价格，国产绝缘扭杆的价格均能下降50%以上。推广使用国产绝缘扭杆能够大幅降低制造成本。
3 结论
1）本文的验证方案主要包括绝缘管材、单件零件的性能分析试验以及样机装配寿命、绝缘试验，验证方案系统、完整；试验验证结果充分有效。
2）从吸水率、玻璃化转变温度、介质损耗等性能可知，国产绝缘扭杆T综合性能最优。
3）国产绝缘扭杆T具有优异的电气绝缘性能和力学性能，能满足超高压GIS隔离开关用绝缘扭杆的使用要求。
4）国产绝缘扭杆T价格优势明显，价格下降50%以上，降低了产品制造成本。