吳濤

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

多重荷載下的復(fù)合支柱絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

吳濤

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

在大風(fēng)條件的影響下，復(fù)合支柱絕緣子在實(shí)際的應(yīng)用中容易出現(xiàn)機(jī)械疲勞現(xiàn)象，對(duì)于構(gòu)件的功能特性造成了較大的影響。因此，技術(shù)人員需要對(duì)這種機(jī)械疲勞產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入地分析，運(yùn)用可靠的試驗(yàn)方法對(duì)負(fù)荷支柱絕緣子的安全性能進(jìn)行綜合地評(píng)估。同時(shí)，由于這種構(gòu)件使用中容易受到多重荷載的影響，對(duì)其使用壽命的延長(zhǎng)帶來(lái)了潛在地威脅。本文將以變電站管型母線復(fù)合絕緣子為主要的研究對(duì)象，對(duì)多重荷載作用下這種絕緣子疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)進(jìn)行必要地分析，以便為相關(guān)的研究工作開(kāi)展提供可靠的參考依據(jù)。

多重荷載；復(fù)合支柱絕緣子；機(jī)械疲勞；試驗(yàn)方法；設(shè)計(jì)；研究對(duì)象

變電站管型母線配電裝置的整體布置合理，長(zhǎng)期使用過(guò)程中有著較強(qiáng)的抗干擾性，自身的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，為維修人員處理維修工作中存在的各種問(wèn)題帶來(lái)了極大的方便。結(jié)合這種配電裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可知其中的絕緣支柱為配電裝置中管型母線的固定帶來(lái)了重要的保障作用，有利益增強(qiáng)電氣絕緣的實(shí)際作用效果。同時(shí)，為了保證變電站的正常工作，需要對(duì)其中復(fù)合支柱絕緣子的抗壓性能進(jìn)行綜合地評(píng)估，確保相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備的正常使用。在此形勢(shì)影響下，文中通過(guò)對(duì)變電站復(fù)合支柱絕緣子相關(guān)內(nèi)容的系統(tǒng)闡述，指出了其機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的必要性。

1　彎扭荷載導(dǎo)致的絕緣支柱斷裂分析

變電站管型母線安裝不合理，使用中受到各種自然條件的影響，容易使管型母線出現(xiàn)變形問(wèn)題，致使復(fù)合支柱的絕緣子承受了比較大的彎矩，對(duì)于絕緣子的使用壽命造成了較大的影響。某些絕緣支柱安裝時(shí)沒(méi)有設(shè)置在兩端，導(dǎo)致與其相關(guān)的管型母線的安裝也無(wú)法處于中心線，客觀地加大了扭轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的幾率。在一定的風(fēng)力條件影響下，管型母線接頭接地處的刀閘支柱實(shí)際的擺動(dòng)幅度大，容易造成絕緣支柱的斷裂。

在實(shí)際的研究過(guò)程中，如果只對(duì)支撐刀閘與隔離開(kāi)關(guān)的絕緣支柱相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)的考慮，加上某些傳動(dòng)構(gòu)建設(shè)計(jì)的不合理，可能會(huì)降低復(fù)合支柱絕緣子的抗壓性能，導(dǎo)致絕緣子使用過(guò)程中受到了較大的操作力的影響，給相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的正常使用帶來(lái)了潛在的安全隱患。同時(shí)，在分合閘操作的過(guò)程中，當(dāng)絕緣支柱帶動(dòng)刀閘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到較大扭矩力的影響時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致絕緣支柱的斷裂，限制了復(fù)合支柱絕緣子實(shí)際作用的充分發(fā)揮。同時(shí)，部分引線設(shè)置過(guò)程中由于距離相對(duì)較短，導(dǎo)致風(fēng)力條件作用下隔離開(kāi)關(guān)的絕緣支柱將會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩，影響著絕緣子的正常使用。

2　多重荷載作用下管母復(fù)合支柱絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

（1）施加荷載的大小。在對(duì)絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)不同的荷載因素進(jìn)行充分地考慮，采取可靠的技術(shù)手段對(duì)這些荷載產(chǎn)生的作用效果進(jìn)行深入地分析，確保設(shè)計(jì)得出的有關(guān)絕緣子的機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法在實(shí)際的應(yīng)用中能夠達(dá)到預(yù)期的效果。主要的荷載包括：永久荷載、可變荷載、偶然荷載。

①永久荷載。這種荷載包含著許多設(shè)備使用中產(chǎn)生的張力，像設(shè)備的自重、機(jī)構(gòu)的自重等。在具體的試驗(yàn)開(kāi)展中，主要考慮了復(fù)合支柱所支撐設(shè)備的自身重量及管型母線安裝不規(guī)范產(chǎn)生的扭力，按照一定的方式把這些扭力加載到試驗(yàn)中的樣品兩端，從而對(duì)實(shí)際的結(jié)果進(jìn)行必要地分析。設(shè)備的自身重量主要是指設(shè)備試驗(yàn)中其支柱所支撐管母及相關(guān)觸頭的自重。試驗(yàn)開(kāi)展中需要對(duì)復(fù)合支柱絕緣子頂端施加一定的壓力，模擬出設(shè)備自重所產(chǎn)生的實(shí)際作用效果。管母安裝不合理，也會(huì)產(chǎn)生一定大小的扭力，容易引起復(fù)合支柱絕緣子機(jī)械疲勞現(xiàn)象。對(duì)于管母安裝不合理產(chǎn)生的扭力，主要采用了模擬試驗(yàn)機(jī)及絕緣子扭轉(zhuǎn)荷載共同作用下產(chǎn)生的荷載進(jìn)行有效地模擬。

②可變荷載。像常見(jiàn)的溫度變化、地震影響、車(chē)輛荷載等，都屬于可變荷載。這種荷載因素的存在，也會(huì)在大風(fēng)條件下引起管母振動(dòng)，進(jìn)而使絕緣子產(chǎn)生機(jī)械疲勞。試驗(yàn)開(kāi)展中主要考慮的是較大幅度風(fēng)荷載對(duì)于復(fù)合支柱絕緣子的影響。其中，在對(duì)風(fēng)荷載計(jì)算的過(guò)程中，管母線在一定單位長(zhǎng)度范圍內(nèi)風(fēng)壓的計(jì)算如下：

絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)開(kāi)展中絕緣支柱自身所承受的風(fēng)壓作用下其頂部產(chǎn)生的作用力計(jì)算公式為：

式（1）和（2）中，風(fēng)速不均勻系數(shù)用a表示；空氣動(dòng)力系數(shù)用K表示；D1表示管母直徑，單位：米；③偶然荷載。這種荷載包括風(fēng)荷載、演算冰荷載。本試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是絕緣子的機(jī)械疲勞試驗(yàn)，無(wú)需考慮相關(guān)因素影響下產(chǎn)生的偶然荷載。

D2表示的是管母平均外徑，單位為：米；絕緣支柱高度用H表示，單位：米；Vmax表示的是最大風(fēng)速，單位為m/s。通過(guò)對(duì)公式（1）和（2）地分析，可知本試驗(yàn)開(kāi)展中對(duì)于安全系數(shù)的要求并不嚴(yán)格。在絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)過(guò)程中，特殊條件下需要對(duì)絕緣支柱水平力F進(jìn)行重點(diǎn)的考慮，并將安全系數(shù)設(shè)置為2.0，確保絕緣子機(jī)械疲勞的分析結(jié)果能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)的具體要求。

（2）施加動(dòng)態(tài)彎曲荷載的頻率和次數(shù)。結(jié)合目前我國(guó)在復(fù)合支柱絕緣子實(shí)際的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)特定風(fēng)荷載下的機(jī)械疲勞試驗(yàn)的研究成果少，對(duì)于實(shí)際問(wèn)題的有效解決帶來(lái)了一定的影響?；诖耍罁?jù)復(fù)合支柱絕緣子自身的功能特性，需要對(duì)這種構(gòu)件在風(fēng)荷載作用下大幅度擺動(dòng)的變化過(guò)程進(jìn)行充分地考慮，參照相關(guān)的技術(shù)資料，可知本試驗(yàn)開(kāi)展中平均風(fēng)速達(dá)到28.9 m/s時(shí)，所花費(fèi)的時(shí)間約為10 min，能夠滿足機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法的具體要求。在實(shí)際的操作中，可以在一定的房屋區(qū)域范圍內(nèi)，對(duì)架空導(dǎo)線一年內(nèi)振動(dòng)角大于5°的持續(xù)時(shí)間作為年振動(dòng)時(shí)間的0.12%。對(duì)于其它特殊區(qū)域的線路，可以將架空導(dǎo)線一年內(nèi)振動(dòng)角大于5°的相對(duì)振動(dòng)的延續(xù)時(shí)間作為年振動(dòng)時(shí)間的0.25%，可知每年擺動(dòng)的次數(shù)分別為0.6萬(wàn)次與1.3萬(wàn)次，為絕緣支柱的彎扭機(jī)械疲勞的有效評(píng)估帶來(lái)了重要的參考依據(jù)。

（3）試驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)方法。在對(duì)多重荷載作用下復(fù)合支柱絕緣子疲勞試驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)中，主要采用的是96 h持續(xù)彎曲負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)量芯棒資源端偏移量的評(píng)估方法，通過(guò)對(duì)沒(méi)有任何荷載條件下絕緣子使用過(guò)程中是否存在變形問(wèn)題的分析，可以對(duì)其機(jī)械疲勞程度做出合理的評(píng)價(jià)。同時(shí)，在這種可靠的評(píng)估方法支持下，可以對(duì)芯棒內(nèi)部受到較大彎曲負(fù)荷的實(shí)際作用效果進(jìn)行有效地評(píng)價(jià)，進(jìn)而為絕緣子使用壽命的延長(zhǎng)提供必要的參考信息。這些方面的內(nèi)容，客觀地說(shuō)明了96 h持續(xù)彎曲負(fù)荷試驗(yàn)的適用性。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多重荷載下的復(fù)合支柱絕緣子機(jī)械疲勞性能的綜合評(píng)估，文中設(shè)計(jì)出了相關(guān)的試驗(yàn)方法，為這種絕緣子疲勞性能的有效分析帶來(lái)了重要的參考依據(jù)。由于不同類型的荷載對(duì)于復(fù)合支柱絕緣子的實(shí)際影響有所差異，需要根據(jù)絕緣子的功能特性，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備中產(chǎn)生的荷載進(jìn)行必要地模擬。同時(shí)，文中設(shè)計(jì)出的試驗(yàn)方法主要是基于水平方向施加在支柱頂端的低頻率、高幅值的帶胎荷載，為復(fù)合支柱絕緣子在特定影響條件作用下的模擬分析帶來(lái)了可靠的參考信息，有利于增強(qiáng)絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)合理性。

[1] 謝占山.500 kV“V”串復(fù)合絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2] 金鑫，陳原，盧毅，等.多重荷載下的復(fù)合支柱絕緣子機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)[J].華北電力技術(shù)，2011(11):12~14.

[3] 王家福，梁曦東，沈慶河，范炬，胡曉黎.運(yùn)行中復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)分析[J].高電壓技術(shù)，2011（5).

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