趙博，張敏，董永星

（西安高壓電器研究院有限責任公司，陜西 西安 710077）

隨著電力建設的高速發(fā)展，各類型的套管被越來越多地制造出來并廣泛運行在電網(wǎng)系統(tǒng)中。根據(jù)國家標準GB／T26166—2010《±800kV直流系統(tǒng)用穿墻套管》、GB／T22674—2008《直流系統(tǒng)用套管》、GB／T4109—2008《交流電壓高于1000V的絕緣套管》型式試驗的要求需要對套管進行懸臂負荷試驗，且套管與地面的水平夾角在0°～30°可調(diào)，從而達到對整體產(chǎn)品的相應機械性能的試驗考核。

以往套管采用搭建試驗構架見圖1所示，來完成懸臂負荷試驗，這一方法存在以下幾個問題：（1）不能完全模擬特高壓套管實際運行的安裝角度；（2）特高壓套管體積大、重量大，傾斜安裝時到位困難，試驗周期較長并且試驗效率不高；套管與地面的水平夾角為一固定值，無法在0°～30°的任意角度進行試驗調(diào)節(jié)；（3）試驗過程中不安全因素較多。

圖1 采用搭建試驗構架進行套管懸臂負荷試驗

為了解決上述問題，本文提出了套管懸臂負荷試驗對裝置旋轉(zhuǎn)角度的設計要求，并對裝置U型旋轉(zhuǎn)架結構在不同的轉(zhuǎn)動角度下進行了計算機仿真。

1 功能要求及仿真

通過對相關國家標準要求的研讀，提出試驗裝置的功能要求：裝置的尺寸涵蓋各類型套管尺寸；套管可在水平0°～30°的任意角度進行轉(zhuǎn)動。

按照上述要求，利用有限元分析軟件soildwork對試驗裝置的各部位應力進行了設計及仿真計算，關鍵部位的仿真過程如下所示。

U型旋轉(zhuǎn)架：安裝在旋轉(zhuǎn)架上的特高壓套管重105N，旋轉(zhuǎn)架垂直夾角（套管與地面的水平夾角）0°和30°時受力狀況見圖2、3所示。

結論：最大受力點未超過材料屈服極限，加載狀態(tài)可以滿足要求。

圖2 旋轉(zhuǎn)架垂直夾角0°受力圖

圖3 旋轉(zhuǎn)架垂直夾角30°受力圖

通過以上有限元分析，確定了本新型裝置核心結構U型旋轉(zhuǎn)架的性能參數(shù)，長度2.015m，高度1.55m，U型定位槽外側(cè)厚度0.12m見圖4所示，旋轉(zhuǎn)速度為3.8°/min，能承受最大載重105N，最大力矩為150kN/m，U型旋轉(zhuǎn)架的主體采用材料型號為Q235A的方形鋼材焊接而成。

2 裝置結構

下面結合圖5，對本裝置結構進行簡要說明。

圖中：1.套管；2.U型旋轉(zhuǎn)架；3.三角形旋轉(zhuǎn)臂；4.絲杠千斤頂。

圖4 U型旋轉(zhuǎn)架結構側(cè)視和正視示意圖

各種類型的套管經(jīng)過過度件均可安裝在該旋轉(zhuǎn)裝置的通用快插法蘭上，過度件可在地面安裝，這樣各類型套管在高空上就可直接快插安裝，十分方便；第二部分為三角形旋轉(zhuǎn)臂，臂長1.33m、0.96m，臂厚0.1m，一端與U型旋轉(zhuǎn)架連接，另外一端與絲杠千斤頂連接；第三部分為絲杠千斤頂，2.2kW的電機經(jīng)過兩級減速帶動蝸桿，然后蝸桿帶動渦輪，渦輪中心的絲杠產(chǎn)生上下移動帶動三角形旋轉(zhuǎn)臂到達指定位置后自動鎖死，使得套管在水平0°～30°的任意角度進行旋轉(zhuǎn)，絲杠伸縮長度決定套管的水平安裝角度，絲杠推力最大為100kN，通過安裝在U型旋轉(zhuǎn)架上的角度傳感器，角度的變化實時反饋到遠程控制臺上，從而實現(xiàn)套管水平角度的精準旋轉(zhuǎn)。

圖5 裝置0°和30°結構正視示意圖

3 試驗方法

（1）套管水平安裝：啟動遠程控制臺上的復位按鈕將設備頂部旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)整到初始位置0°，如圖6所示，然后使用吊帶將套管固定好，使用吊車將套管吊入頂部旋轉(zhuǎn)裝置的U型定位槽內(nèi)，將吊帶卸載，并保持一定間隙（起到異常斷裂緩沖作用），確保轉(zhuǎn)動時的各個角度不干涉。

（2）套管角度旋轉(zhuǎn)：啟動遠程控制臺上的旋轉(zhuǎn)角度按鈕（水平角度0°～30°），并觀察屏幕的角度到設定值時按停止按鈕，角度調(diào)整完畢；當轉(zhuǎn)動過程突然出現(xiàn)異常現(xiàn)象時，可啟動急停按鈕，同時吊車的緩沖帶接住產(chǎn)品，防止直接掉落砸傷設備。

4 試驗驗證

試驗室工作人員使用該裝置完成了空載狀態(tài)下絕緣子安裝法蘭（U型旋轉(zhuǎn)架）角度的變化試驗，試驗參數(shù)：套管水平角度30°，對應的絕緣子安裝法蘭（U型旋轉(zhuǎn)架）水平角度60°，試驗過程持續(xù)60s，該裝置從初始位置旋轉(zhuǎn)到試驗要求的狀態(tài)，該試驗裝置能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的穩(wěn)定輸出，各項試驗數(shù)據(jù)符合可旋轉(zhuǎn)角度高壓套管試驗裝置的功能要求。

圖6 裝置初始位置

5 裝置特點

具有以下3個特點：

（1）數(shù)據(jù)準確性高和應用范圍寬：完全符合國家相關標準對高壓套管試驗的安裝角度要求，各種類型高壓套管均可適用于本裝置。

（2）操作靈活簡便：使用時只需將套管裝到頂部旋轉(zhuǎn)裝置的U型旋轉(zhuǎn)架內(nèi)即可進行試驗，省時省力。

（3）試驗周期短和安全性高：不需要像以前那樣布置臨時試驗構架完成試驗，使用該裝置后試驗周期大幅縮短，且試驗效率得到了大幅提高，同時杜絕了使用試驗構架存在的不安全隱患。

6 使用效果

本裝置在高壓套管懸臂負荷試驗使用后，試驗效率得到了大幅提高，滿足相關國家標準對高壓套管水平安裝角度要求的同時，安全性也得到了保障。

7 結語

本文研制了一種經(jīng)濟耐用、可旋轉(zhuǎn)角度的高壓套管試驗裝置，解決了以往在高壓套管懸臂負荷試驗中，為了達到高壓套管水平安裝角度的要求，使用試驗構架進行試驗存在的布置周期長、傾斜安裝時到位困難、試驗效率低、試驗不能完全滿足標準要求和不安全隱患的弊端。