[發(fā)明專(zhuān)利]復(fù)合絕緣子的起振風(fēng)速評(píng)估方法及選型方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510411246.2
• 申請(qǐng)日: 2015-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105004504B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈志東;雷云澤;朱正一;王言;周軍;鄧桃;鄧禹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院;中國(guó)電力科學(xué)研究院;國(guó)網(wǎng)河北省電力公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01M9/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M9/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 徐羅艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓輸電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高電壓外絕緣的復(fù)合絕緣子的起振風(fēng)速評(píng)估方法，以及復(fù)合絕緣子的選型方法。

背景技術(shù)

復(fù)合絕緣子是高壓輸電線(xiàn)路中經(jīng)常用到的器件，常見(jiàn)于輸電線(xiàn)路桿塔、高壓電線(xiàn)連接塔，用于固定懸掛導(dǎo)線(xiàn)以及在桿塔和高壓導(dǎo)線(xiàn)之間起電氣絕緣的作用。

復(fù)合絕緣子包括芯棒、護(hù)套和多個(gè)傘裙，芯棒的外側(cè)粘結(jié)有一體成型的護(hù)套和傘裙。其中，芯棒主要材料為玻璃纖維，護(hù)套和傘裙的材料為高溫硫化硅橡膠，硅橡膠具備較低的彈性模量，質(zhì)地柔軟，導(dǎo)致傘裙結(jié)構(gòu)具備較低剛度，因此傘裙的抗彎及抗振能力極其薄弱。

復(fù)合絕緣子是用于戶(hù)外環(huán)境中，因此不可避免地會(huì)遇到強(qiáng)風(fēng)氣候環(huán)境，比如我國(guó)西北地區(qū)，僅在新疆地區(qū)就存在八大著名風(fēng)區(qū)，例如位于烏魯木齊與吐魯番之間著名的“三十里風(fēng)區(qū)”，其在10米高度處平均最高風(fēng)速達(dá)42m/s，根據(jù)自然風(fēng)速剖面曲線(xiàn)推算到750kV桿塔平均呼稱(chēng)高46m處的最高風(fēng)速達(dá)到50m/s，這對(duì)復(fù)合絕緣子的安全運(yùn)行是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)：前述提及復(fù)合絕緣子傘裙的材料為低彈性模量的硅橡膠，導(dǎo)致其抗彎和抗振能力較弱。復(fù)合絕緣子在強(qiáng)風(fēng)下的振動(dòng)現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，隨著施加風(fēng)速的逐步提高，通常包括輕微形變、邊緣顫振、大幅擺動(dòng)、大幅形變等過(guò)程，在傘裙發(fā)生輕微形變和邊緣顫振時(shí)，由于傘裙根部應(yīng)力尚不足以到達(dá)硅橡膠的疲勞極限，因此不會(huì)發(fā)生影響絕緣子壽命的疲勞破壞現(xiàn)象，而當(dāng)風(fēng)速進(jìn)一步增大時(shí)，傘裙出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng)，根部受到應(yīng)力反復(fù)作用和釋放，使得硅橡膠材料發(fā)生疲勞現(xiàn)象，逐漸發(fā)生撕裂，最終使復(fù)合絕緣子損壞報(bào)廢。大幅形變導(dǎo)致傘裙根部倒角處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，長(zhǎng)期的周期性應(yīng)力作用導(dǎo)致該區(qū)域硅橡膠材料疲勞松弛，甚至發(fā)展成撕裂故障。目前該故障已經(jīng)成為強(qiáng)風(fēng)區(qū)復(fù)合絕緣子外絕緣子故障的主要防備對(duì)象之一，已對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行造成巨大威脅。

復(fù)合絕緣子開(kāi)始發(fā)生大幅擺動(dòng)時(shí)的風(fēng)速稱(chēng)為起振風(fēng)速，它是復(fù)合絕緣子抗風(fēng)性能最重要的指標(biāo)，其中，所述大幅擺動(dòng)定義為傘裙擺動(dòng)時(shí)會(huì)碰到相鄰上/下傘裙的擺動(dòng)或振動(dòng)。目前，風(fēng)洞試驗(yàn)是測(cè)量復(fù)合絕緣子起振風(fēng)速的唯一直接手段，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，可重復(fù)性高，但風(fēng)洞試驗(yàn)周期長(zhǎng)、耗資高，且風(fēng)洞資源有限。

復(fù)合絕緣子現(xiàn)有的各種選型方法中，并不包括復(fù)合絕緣子起振風(fēng)速的評(píng)估，因此當(dāng)選出的復(fù)合絕緣子應(yīng)用于強(qiáng)風(fēng)區(qū)時(shí)，無(wú)法保證復(fù)合絕緣子的使用壽命和性能，極易出現(xiàn)絕緣子傘裙劇烈擺動(dòng)，傘裙根部應(yīng)力集中問(wèn)題，即容易發(fā)生傘裙劇烈擺動(dòng)引起的根部撕裂故障。

發(fā)明內(nèi)容

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合絕緣子傘裙在風(fēng)壓作用下的單位壓強(qiáng)形變和起振過(guò)程關(guān)系密切，因此本發(fā)明提出一種復(fù)合絕緣子的起振風(fēng)速評(píng)估方法，基于對(duì)傘裙在風(fēng)壓下的單位壓強(qiáng)形變的推算，并利用單位壓強(qiáng)形變與起振風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，評(píng)估出復(fù)合絕緣子的起振風(fēng)速，從而避免將抗風(fēng)能力較弱的絕緣子應(yīng)用于強(qiáng)風(fēng)區(qū)而使得傘裙大幅擺動(dòng)、甚至造成撕裂而對(duì)電力系統(tǒng)安全造成威脅。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題：

復(fù)合絕緣子的起振風(fēng)速評(píng)估方法，其中復(fù)合絕緣子包括芯棒以及粘結(jié)于芯棒外且一體成型的護(hù)套和多個(gè)傘裙，所述起振風(fēng)速評(píng)估方法包括以下步驟：

S1、對(duì)所述復(fù)合絕緣子進(jìn)行有限元仿真：施加風(fēng)力于所述復(fù)合絕緣子，并獲取第一傘裙的上、下表面風(fēng)壓分布云圖；當(dāng)所述多個(gè)傘裙直徑不相等時(shí)，所述第一傘裙為所述多個(gè)傘裙中直徑最大的傘裙，當(dāng)所述多個(gè)傘裙直徑相等時(shí)，所述第一傘裙為所述多個(gè)傘裙中的任意一個(gè)傘裙；

S2、制作加載片：選取所述下表面風(fēng)壓分布云圖中包括第一傘裙邊緣的正風(fēng)壓集中區(qū)，選取所述上表面風(fēng)壓分布云圖中被所述正風(fēng)壓集中區(qū)覆蓋的負(fù)風(fēng)壓集中區(qū)，制作形狀與所述正風(fēng)壓集中區(qū)或所述負(fù)風(fēng)壓集中區(qū)一致的加載片，且所述加載片的外邊緣圓弧具有與所述第一傘裙相同的徑；

S3、計(jì)算單位壓強(qiáng)形變：若所述復(fù)合絕緣子為非對(duì)稱(chēng)傘型，則將所述加載片粘貼于所述第一傘裙下表面并翻轉(zhuǎn)所述復(fù)合絕緣子以使所述下表面朝上，若所述復(fù)合絕緣子為對(duì)稱(chēng)傘型，則將所述加載片粘貼于傘裙朝上的表面上；然后，通過(guò)在所述加載片上加載負(fù)荷使所述第一傘裙產(chǎn)生形變，通過(guò)測(cè)量形變，得到所述第一傘裙在所述負(fù)荷作用下的單位壓強(qiáng)形變；

S4、根據(jù)單位壓強(qiáng)形變與起振風(fēng)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將步驟S3所得的單位壓強(qiáng)形變代入所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可得到所述復(fù)合絕緣子的起振風(fēng)速。