多重荷載下的復合支柱絕緣子機械疲勞試驗方法設計

吳濤

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術學院，甘肅 嘉峪關 735100）

多重荷載下的復合支柱絕緣子機械疲勞試驗方法設計

吳濤

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術學院，甘肅 嘉峪關 735100）

在大風條件的影響下，復合支柱絕緣子在實際的應用中容易出現(xiàn)機械疲勞現(xiàn)象，對于構件的功能特性造成了較大的影響。因此，技術人員需要對這種機械疲勞產(chǎn)生的原因進行深入地分析，運用可靠的試驗方法對負荷支柱絕緣子的安全性能進行綜合地評估。同時，由于這種構件使用中容易受到多重荷載的影響，對其使用壽命的延長帶來了潛在地威脅。本文將以變電站管型母線復合絕緣子為主要的研究對象，對多重荷載作用下這種絕緣子疲勞試驗方法設計進行必要地分析，以便為相關的研究工作開展提供可靠的參考依據(jù)。

多重荷載；復合支柱絕緣子；機械疲勞；試驗方法；設計；研究對象

變電站管型母線配電裝置的整體布置合理，長期使用過程中有著較強的抗干擾性，自身的結構也較為簡單，為維修人員處理維修工作中存在的各種問題帶來了極大的方便。結合這種配電裝置的結構特點，可知其中的絕緣支柱為配電裝置中管型母線的固定帶來了重要的保障作用，有利益增強電氣絕緣的實際作用效果。同時，為了保證變電站的正常工作，需要對其中復合支柱絕緣子的抗壓性能進行綜合地評估，確保相關的生產(chǎn)設備的正常使用。在此形勢影響下，文中通過對變電站復合支柱絕緣子相關內(nèi)容的系統(tǒng)闡述，指出了其機械疲勞試驗方法設計的必要性。

1　彎扭荷載導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)變形問題，致使復合支柱的絕緣子承受了比較大的彎矩，對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沒有設置在兩端，導致與其相關的管型母線的安裝也無法處于中心線，客觀地加大了扭轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的幾率。在一定的風力條件影響下，管型母線接頭接地處的刀閘支柱實際的擺動幅度大，容易造成絕緣支柱的斷裂。

在實際的研究過程中，如果只對支撐刀閘與隔離開關的絕緣支柱相關的參數(shù)進行重點的考慮，加上某些傳動構建設計的不合理，可能會降低復合支柱絕緣子的抗壓性能，導致絕緣子使用過程中受到了較大的操作力的影響，給相關生產(chǎn)設備的正常使用帶來了潛在的安全隱患。同時，在分合閘操作的過程中，當絕緣支柱帶動刀閘轉(zhuǎn)動時受到較大扭矩力的影響時，將會導致絕緣支柱的斷裂，限制了復合支柱絕緣子實際作用的充分發(fā)揮。同時，部分引線設置過程中由于距離相對較短，導致風力條件作用下隔離開關的絕緣支柱將會產(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合支柱絕緣子機械疲勞試驗方法設計

（1）施加荷載的大小。在對絕緣子機械疲勞試驗方法設計的過程中，需要對不同的荷載因素進行充分地考慮，采取可靠的技術手段對這些荷載產(chǎn)生的作用效果進行深入地分析，確保設計得出的有關絕緣子的機械疲勞試驗方法在實際的應用中能夠達到預期的效果。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備使用中產(chǎn)生的張力，像設備的自重、機構的自重等。在具體的試驗開展中，主要考慮了復合支柱所支撐設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中的樣品兩端，從而對實際的結果進行必要地分析。設備的自身重量主要是指設備試驗中其支柱所支撐管母及相關觸頭的自重。試驗開展中需要對復合支柱絕緣子頂端施加一定的壓力，模擬出設備自重所產(chǎn)生的實際作用效果。管母安裝不合理，也會產(chǎn)生一定大小的扭力，容易引起復合支柱絕緣子機械疲勞現(xiàn)象。對于管母安裝不合理產(chǎn)生的扭力，主要采用了模擬試驗機及絕緣子扭轉(zhuǎn)荷載共同作用下產(chǎn)生的荷載進行有效地模擬。

②可變荷載。像常見的溫度變化、地震影響、車輛荷載等，都屬于可變荷載。這種荷載因素的存在，也會在大風條件下引起管母振動，進而使絕緣子產(chǎn)生機械疲勞。試驗開展中主要考慮的是較大幅度風荷載對于復合支柱絕緣子的影響。其中，在對風荷載計算的過程中，管母線在一定單位長度范圍內(nèi)風壓的計算如下：

絕緣子機械疲勞試驗開展中絕緣支柱自身所承受的風壓作用下其頂部產(chǎn)生的作用力計算公式為：

式（1）和（2）中，風速不均勻系數(shù)用a表示；空氣動力系數(shù)用K表示；D1表示管母直徑，單位：米；③偶然荷載。這種荷載包括風荷載、演算冰荷載。本試驗方法設計主要針對的是絕緣子的機械疲勞試驗，無需考慮相關因素影響下產(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表示的是最大風速，單位為m/s。通過對公式（1）和（2）地分析，可知本試驗開展中對于安全系數(shù)的要求并不嚴格。在絕緣子機械疲勞試驗方法設計過程中，特殊條件下需要對絕緣支柱水平力F進行重點的考慮，并將安全系數(shù)設置為2.0，確保絕緣子機械疲勞的分析結果能夠滿足實際生產(chǎn)活動的具體要求。

（2）施加動態(tài)彎曲荷載的頻率和次數(shù)。結合目前我國在復合支柱絕緣子實際的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)特定風荷載下的機械疲勞試驗的研究成果少，對于實際問題的有效解決帶來了一定的影響?；诖?，依據(jù)復合支柱絕緣子自身的功能特性，需要對這種構件在風荷載作用下大幅度擺動的變化過程進行充分地考慮，參照相關的技術資料，可知本試驗開展中平均風速達到28.9 m/s時，所花費的時間約為10 min，能夠滿足機械疲勞試驗方法的具體要求。在實際的操作中，可以在一定的房屋區(qū)域范圍內(nèi)，對架空導線一年內(nèi)振動角大于5°的持續(xù)時間作為年振動時間的0.12%。對于其它特殊區(qū)域的線路，可以將架空導線一年內(nèi)振動角大于5°的相對振動的延續(xù)時間作為年振動時間的0.25%，可知每年擺動的次數(shù)分別為0.6萬次與1.3萬次，為絕緣支柱的彎扭機械疲勞的有效評估帶來了重要的參考依據(jù)。

（3）試驗結果的檢驗方法。在對多重荷載作用下復合支柱絕緣子疲勞試驗結果的檢驗中，主要采用的是96 h持續(xù)彎曲負荷試驗測量芯棒資源端偏移量的評估方法，通過對沒有任何荷載條件下絕緣子使用過程中是否存在變形問題的分析，可以對其機械疲勞程度做出合理的評價。同時，在這種可靠的評估方法支持下，可以對芯棒內(nèi)部受到較大彎曲負荷的實際作用效果進行有效地評價，進而為絕緣子使用壽命的延長提供必要的參考信息。這些方面的內(nèi)容，客觀地說明了96 h持續(xù)彎曲負荷試驗的適用性。

3　結語

通過對多重荷載下的復合支柱絕緣子機械疲勞性能的綜合評估，文中設計出了相關的試驗方法，為這種絕緣子疲勞性能的有效分析帶來了重要的參考依據(jù)。由于不同類型的荷載對于復合支柱絕緣子的實際影響有所差異，需要根據(jù)絕緣子的功能特性，對于生產(chǎn)設備中產(chǎn)生的荷載進行必要地模擬。同時，文中設計出的試驗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，為復合支柱絕緣子在特定影響條件作用下的模擬分析帶來了可靠的參考信息，有利于增強絕緣子機械疲勞試驗結果的科學合理性。

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1671-0711（2016）09（上）-0098-02