气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear, GIS）具有占地面积小、运行成本低、安全可靠性高的特点，在我国输变电工程中得到了广泛应用。其电气性能及机械性能的优劣对电力系统的安全稳定运行有重要影响，因而受到了普遍关注。

绝缘拉杆是GIS断路器中的关键部件，起着绝缘和传递动力的重要作用。一方面，它用于GIS断路器的高电位与低电位之间，需要具有优良的绝缘性能，以承受电场的长期作用；另一方面，它用于连接GIS断路器的触头和操作机构，起传递机械动力的作用。而断路器分合闸动作时间短、速度高、冲击载荷大，这对绝缘拉杆的机械性能提出了较高的要求。

绝缘拉杆性能的优劣对GIS设备运行的稳定性和可靠性有重要影响。绝缘拉杆机械及电气失效如图1所示，当材料性能不佳时，拉杆本体可能会出现裂纹、分层等内部缺陷，随着运行时间的增加，这些缺陷会逐渐发展，最终造成断裂或击穿事故，危害电力设备安全运行。

图1 绝缘拉杆机械及电气失效

目前，绝缘拉杆的材料、结构等特性参数尚无相应的技术规范，GIS断路器运行中绝缘拉杆的受力和形变规律也并不清楚，这对绝缘拉杆性能控制指标的确定造成了极大阻碍，不利于提高产品性能和质量稳定性。因此，开展GIS断路器绝缘拉杆动态特性的测试，研究绝缘拉杆在分、合闸过程中的形变及频率响应等关键性能，可以为规范绝缘拉杆的材料和结构控制指标提供依据，对提升绝缘拉杆长期运行性能，实现绝缘拉杆的国产化替代，具有重要意义。

目前，针对GIS断路器绝缘拉杆的研究主要集中在材料配方体系及制备工艺、故障反演、动力学分析等几个方面。GIS断路器绝缘拉杆用材料主要有玻璃纤维环氧复合材料及芳纶/聚酯纤维环氧复合材料两条技术路线。侯亚峰等从凝胶时间、粘度等方面研究了不同配方的环氧树脂-芳纶体系的性能，对最佳配方体系的综合性能进行验证，确定了满足工艺要求的环氧树脂配方体系。

有学者则从拉伸、压缩、弯曲强度及理化性能的角度，对高压绝缘拉杆的环氧树脂配方体系开展研究。杨威等通过真空浸渍工艺制备芳纶绝缘拉杆并测试其综合性能，同时与国外同类产品进行比较。玻璃纤维环氧复合材料方面，有学者采用无丝粘接工艺，针对126kV GIS研制了玻璃布-聚酯纤维卷绕的绝缘拉杆成品。

然而，根据现场故障分析，制造工艺的瑕疵，未充分考虑绝缘拉杆长期运行下电、力联合作用等因素，给GIS断路器安全稳定运行带来了很大挑战。因此，有学者开始从电场仿真分析的角度探究拉杆故障的原因，并提出相应的应对措施；同时，从拉杆的动力学特性方面开展深入研究。GIS断路器绝缘拉杆的动力学分析主要从仿真与试验两个方面进行。应用ADAMAS、Ansys等软件获得断路器分、合闸过程中的瞬态行程曲线及受力情况等，并与实测结果对比，可以为断路器的设计、强度校核与产品研发提供指导。对分合闸过程中的动态形变分析，则可以获得绝缘拉杆在动作时的变形过程。

然而，在以往研究中，并未对动作过程中绝缘拉杆的整体形态及瞬态下由于机械波折反射产生的应变特性进行讨论与分析。长期运行下绝缘拉杆的分、合闸冲击疲劳特性也亟待研究。

综上，中国电力科学研究院等单位的科研人员通过GIS断路器模拟机，针对252kV GIS断路器绝缘拉杆开展了分、合闸冲击疲劳试验，研究252kV GIS断路器绝缘拉杆的动态应变特性及分、合闸冲击作用下拉杆形态的变化规律，获得252kV GIS断路器绝缘拉杆应变特性随动作次数的变化规律。

图2 GIS断路器模拟机

他们得到的主要研究结果如下：

1）分、合闸过程中绝缘拉杆均存在压缩与拉伸应变，分闸中拉应变和压应变最大值分别为2262.8με和2301με，合闸中分别为1309.0με和1026με。最大值均出现在拉杆触头侧端部金属件粘接处。

2）分、合闸时绝缘拉杆存在不均匀受力的情况，且拉杆承受压缩应变时还会受到弯曲的作用。在对拉杆材料考核时需予以考虑。

3）GIS断路器绝缘拉杆分、合闸应变响应谱的频率分量主要集中在600Hz以下，且均存在3个主要特征峰，特征峰频率分闸高于合闸。

4）随着操作次数的增加，分、合闸应变响应的幅频特性曲线高频分量逐渐向低频区300Hz移动。第一特征峰的幅值与频率基本不变。

研究人员表示，该研究结果可以支撑绝缘拉杆材料试验和型式试验体系的构建，为该类型绝缘拉杆的设计分析提供参考和数据支撑。

以上研究成果发表在2021年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“断路器绝缘拉杆动态性能模拟试验”，作者为王浩然、陈允 等。