CN105181306A - 一种相间间隔棒舞动承载特性测试系统和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相间间隔棒舞动承载特性测试系统和测试方法，包括框架摆臂系统和底座摆臂系统，框架摆臂系统包括框架摆臂机架、框架摆臂支架和框架摆臂，框架摆臂前端同轴设置有框架摆臂转轴，框架摆臂转轴的前端同轴设置有框架摆臂待测样品连接装置；底座摆臂系统包括底座摆臂机架、底座摆臂支架和底座摆臂，底座摆臂前端设置有底座摆臂转轴，底座摆臂转轴前端同轴设置有底座摆臂待测样品连接装置。本发明能够通过模拟实际线路舞动过程中导线子间隔棒的运动形式，来分析相间间隔棒在导线舞动中的实际受力情况，进一步总结相间间隔棒受损规律及边界条件，为相间间隔棒动态承载特性的入网检测提供基础数据。

Description

一种相间间隔棒舞动承载特性测试系统和测试方法

技术领域

本发明涉及输电线路舞动试验领域，尤其涉及一种高压输电线路相间间隔棒舞动承载特性测试系统和测试方法。

背景技术

输电线路舞动是不均匀覆冰导线在风激励下产生的一种低频率（0.1Hz～3Hz）、大振幅（导线直径的20倍～300倍）的自激振动。高压输电线路舞动能量很大，持续时间较长，一旦发生，对导线、金具、杆塔及其部件将会造成严重危害，导致线路跳闸、金具和杆塔受损，甚至大面积停电，引发重大经济损失和社会影响。

作为一种有效的舞动抑制手段，相间间隔棒被大规模引入。现场的相间间隔棒悬挂于两相导线间，两端固定在导线的子间隔棒上。多年的经验表明，虽然相间间隔棒在舞动治理方面发挥了显著的作用，但是其依然存在诸多问题有待改进。

线路舞动能量大，极其考验相间间隔棒的机械性能。现场运行经验表明，相间间隔棒在输电线路舞动时反复承受分裂导线子间隔棒的拉力、压力、扭转、弯折力和错折力，造成相间间隔棒绝缘棒体及其连接金具断裂。为了提高相间间隔棒的防舞动效果和自身的机械强度，避免相间间隔棒在使用过程中出现受损断裂而失效，有必要研究舞动过程中相间间隔棒所承受的拉力、压力和扭转力等力学特性。

目前对相间间隔棒的考核，主要参考DL/T1058-2007《交流架空线路用复合绝缘相间间隔棒技术条件》标准。该标准对相间间隔棒的大扰度屈曲试验和屈曲振动疲劳试验进行了相关规定。其中，大扰度屈曲试验是对相间间隔棒沿其轴线方向施加负荷，做纵向压缩距离为最小相间放电距离的三次大扰度屈服试验，而屈曲振动疲劳试验是对相间间隔棒进行不少于30万次的轴向压缩屈曲疲劳试验，两者都要求试验后相间间隔棒不得出现芯棒破坏、端部密封失效等现象。这两个试验本质上是相间间隔棒在单一方向上的拉压试验。现场损坏的相间间隔棒表现为连接金具损坏、芯棒断裂、硅橡胶外套受损等。实际运行中的相间间隔棒除了受到子间隔棒的拉压作用外，还受到扭转、剪切及弯折荷载的综合影响。而目前对于导线舞动过程中子间隔棒对相间间隔棒施加的弯折力、扭转力等力形式，及相间间隔棒整体的舞动疲劳试验，没有相关的模拟考核。迄今为止，国内还没有用作相间间隔棒舞动承载特性测试的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种相间间隔棒舞动承载特性测试系统和测试方法，通过模拟实际线路舞动过程中导线子间隔棒的运动形式，来分析相间间隔棒在导线舞动中的实际受力情况，进一步总结相间间隔棒受损规律及边界条件，为相间间隔棒动态承载特性的入网检测提供基础数据。

本发明采用下述技术方案：

一种相间间隔棒舞动承载特性测试系统，包括框架摆臂系统和底座摆臂系统，所述的框架摆臂系统包括框架摆臂机架、框架摆臂支架和框架摆臂，框架摆臂支架与框架摆臂机架连接，框架摆臂设置在框架摆臂支架上，框架摆臂由框架摆臂旋转驱动系统驱动在水平方向转动；框架摆臂前端同轴设置有框架摆臂转轴，框架摆臂转轴由框架摆臂正反转伺服驱动系统驱动转动，框架摆臂转轴的前端同轴设置有框架摆臂待测样品连接装置；所述的底座摆臂系统包括底座摆臂机架、底座摆臂支架和底座摆臂，底座摆臂支架与底座摆臂机架连接，底座摆臂设置在底座摆臂支架上，底座摆臂由底座摆臂旋转驱动系统驱动在水平方向转动；底座摆臂前端设置有底座摆臂转轴，底座摆臂转轴的轴向在水平面内与底座摆臂轴向垂直设置，底座摆臂转轴由底座摆臂正反转伺服驱动系统驱动转动，底座摆臂转轴前端同轴设置有底座摆臂待测样品连接装置。

所述的框架摆臂支架与框架摆臂机架竖向滑动连接，框架摆臂支架由框架摆臂支架直线驱动装置驱动。

所述的框架摆臂与框架摆臂支架水平滑动连接，框架摆臂由框架摆臂直线驱动装置驱动。

所述的底座摆臂机架设置在轨道上且与轨道水平滑动连接，底座摆臂机架由底座摆臂机架直线驱动装置驱动。

所述的底座摆臂与底座摆臂支架水平滑动连接，底座摆臂由底座摆臂直线驱动装置驱动。

所述的框架摆臂旋转驱动系统包括框架摆臂液压伺服控制系统和框架摆臂齿轮齿条摆动系统，框架摆臂齿轮齿条摆动系统在框架摆臂液压伺服控制系统的控制下驱动框架摆臂支架在水平方向转动；底座摆臂旋转驱动系统包括底座摆臂液压伺服控制系统和底座摆臂齿轮齿条摆动系统，底座摆臂齿轮齿条摆动系统在底座摆臂液压伺服控制系统的控制下驱动底座摆臂支架在水平方向转动。

所述的框架摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂正反转伺服驱动系统均采用正反旋转伺服电机减速机。

所述的框架摆臂转轴的前端与框架摆臂待测样品连接装置之间设置有测力传感器；底座摆臂转轴前端与底座摆臂待测样品连接装置之间设置有测力传感器。

一种基于权利要求1至8中任意一项所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统的测试方法，依次包含以下步骤：

A：根据待测样品的长度，分别利用框架摆臂支架直线驱动装置和底座摆臂机架直线驱动装置对框架摆臂高度和底座摆臂机架位置进行调节；

B：将框架摆臂待测样品连接装置和底座摆臂待测样品连接装置分别连接待测样品的两端；

C：根据试验要求设置框架摆臂和底座摆臂的运动轨迹及方式，并通过底座摆臂正反转伺服驱动系统、框架摆臂直线驱动装置、底座摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂直线驱动装置分别设置各自产生的作用力大小、扭转参数和弯折参数；

D：利用框架摆臂旋转驱动系统和底座摆臂旋转驱动系统分别驱动框架摆臂和底座摆臂左右摆动，对待测样品的抗压性能和抗拉性能进行测试；在驱动框架摆臂和底座摆臂左右摆动的同时，利用框架摆臂正反转伺服驱动系统、框架摆臂直线驱动装置、底座摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂直线驱动装置分别驱动框架摆臂转轴转动、框架摆臂水平往复移动、底座摆臂转轴转动、底座摆臂水平往复移动，对待测样品即相间间隔棒施加不同方向和不同形式的力，完成一次试验过程中相间间隔棒所受到的轴向扭转力、轴向错折力、弯折力检测；

E：重复试验，并在测试过程中通过测力传感器反馈待测样品所承受的力值数据；通过在试验中随时增加框架摆臂旋转驱动系统、底座摆臂旋转驱动系统、框架摆臂正反转伺服驱动系统、框架摆臂直线驱动装置、底座摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂直线驱动装置的施加力，检测待测样品在发生损伤或损坏现象时所承受的力值范围，并实时保存试验力值数据。

本发明通过框架摆臂系统和底座摆臂系统的配合，来模拟实现导线舞动过程中子间隔棒的运动形式，来分析相间间隔棒的受力情况，能够模拟不同舞动频率及幅值下，相间间隔棒的受力形式。本发明具有实用性强、操作方便、拉压测力范围可调、扭转频率可调和工作时间长等优点。

附图说明

图1为本发明所述相间间隔棒舞动承载特性测试系统的结构示意图；

图2为框架摆臂的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为底座摆臂的结构示意图；

图5为图4的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：

如图1至图5所示，本发明所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，包括框架摆臂系统和底座摆臂系统，通过框架摆臂系统和底座摆臂系统的配合模拟实现导线舞动过程中子间隔棒的运动形式。

所述的框架摆臂系统包括框架摆臂机架1、框架摆臂支架2和框架摆臂3，框架摆臂支架2与框架摆臂机架1连接，框架摆臂3设置在框架摆臂支架2上，框架摆臂3由框架摆臂旋转驱动系统4驱动在水平方向转动。框架摆臂旋转驱动系统4包括框架摆臂液压伺服控制系统和框架摆臂齿轮齿条摆动系统，框架摆臂齿轮齿条摆动系统在框架摆臂液压伺服控制系统的控制下驱动框架摆臂支架2在水平方向转动。框架摆臂齿轮齿条摆动系统中齿条由液压杆驱动，利用齿条带动与齿条啮合的齿轮转动，再利用齿轮带动框架摆臂支架2在水平方向左右转动，模拟导线舞动时一相导线的子间隔棒的运动。框架摆臂3前端同轴设置有框架摆臂转轴5，框架摆臂转轴5由框架摆臂正反转伺服驱动系统6驱动转动，以模拟导线舞动时子间隔棒的轴向扭转，从而对相间间隔棒施加一定的轴向扭转力。框架摆臂转轴5的前端同轴设置有框架摆臂待测样品连接装置7，用于连接待测样品；框架摆臂转轴5的前端与框架摆臂待测样品连接装置7之间设置有测力传感器，能够实时采集待测样品在测试过程中所受到的力。框架摆臂正反转伺服驱动系统6可采用正反旋转伺服电机减速机。

本发明中，框架摆臂支架2与框架摆臂机架1竖向滑动连接，框架摆臂支架2由框架摆臂支架直线驱动装置驱动。框架摆臂支架2能够在框架摆臂支架直线驱动装置的作用下，带动框架摆臂3在框架摆臂机架1上上下移动，对位置进行调整，以调节底座摆臂11和框架摆臂3之间的距离，并与底座摆臂11机构配合，来满足不同长度的相间间隔棒试样试验。

为了进一步增强本发明的模拟准确性，框架摆臂3与框架摆臂支架2水平滑动连接，框架摆臂3由框架摆臂直线驱动装置8驱动；框架摆臂直线驱动装置8采用水平移动伺服电机减速机。水平移动伺服电机减速机驱动设置在框架摆臂3上的齿条，从而控制框架摆臂3沿水平方向往复移动，以模拟导线舞动时子间隔棒沿线路方向水平往复运动，从而对相间间隔棒施加一定的轴向错折力。

所述的底座摆臂系统包括底座摆臂机架9、底座摆臂支架10和底座摆臂11，底座摆臂支架10与底座摆臂机架9连接，底座摆臂11设置在底座摆臂支架10上，底座摆臂11由底座摆臂旋转驱动系统驱动在水平方向转动。底座摆臂旋转驱动系统包括底座摆臂液压伺服控制系统和底座摆臂齿轮齿条摆动系统，底座摆臂齿轮齿条摆动系统在底座摆臂液压伺服控制系统的控制下驱动底座摆臂支架10在水平方向转动。底座摆臂齿轮齿条摆动系统中齿条由液压杆驱动，利用齿条带动与齿条啮合的齿轮转动，再利用齿轮带动底座摆臂支架10在水平方向左右转动，模拟导线舞动时一相导线的子间隔棒的运动。底座摆臂11前端设置有底座摆臂转轴13，底座摆臂转轴13的轴向在水平面内与底座摆臂11轴向垂直设置，底座摆臂转轴13由底座摆臂正反转伺服驱动系统14驱动转动，以模拟导线舞动时子间隔棒的轴向扭转，从而对相间间隔棒施加一定的轴向扭转力。底座摆臂转轴13前端同轴设置有底座摆臂待测样品连接装置15，用于连接待测样品；底座摆臂转轴13前端与底座摆臂待测样品连接装置15之间设置有测力传感器，能够实时采集待测样品在测试过程中所受到的张力。底座摆臂正反转伺服驱动系统14可采用正反旋转伺服电机减速机。

本发明中，底座摆臂机架9设置在轨道16上且与轨道16水平滑动连接，底座摆臂机架9由底座摆臂机架直线驱动装置驱动。底座摆臂机架直线驱动装置可采用电机减速机，电机减速机的输出轴驱动行走轮，通过行走轮的转动带动底座摆臂机架9在轨道16上前后移动，以调节底座摆臂11和框架摆臂3之间的距离，来满足不同长度的相间间隔棒试样试验。

为了进一步增强本发明的模拟准确性，底座摆臂11与底座摆臂支架10水平滑动连接，底座摆臂11由底座摆臂直线驱动装置12驱动。底座摆臂直线驱动装置12采用水平移动伺服电机减速机。水平移动伺服电机减速机驱动设置在底座摆臂11上的齿条，从而控制底座摆臂11沿水平方向往复移动，以模拟导线舞动时子间隔棒沿线路方向水平往复运动，从而对相间间隔棒施加一定的轴向错折力。

本发明在使用时，首先根据待测样品的长度，分别利用框架摆臂支架直线驱动装置和底座摆臂机架直线驱动装置对框架摆臂3高度和底座摆臂机架9位置进行调节，使底座摆臂11和框架摆臂3之间保持适当的距离；

其次，将框架摆臂待测样品连接装置7和底座摆臂待测样品连接装置15分别连接待测样品的两端，框架摆臂待测样品连接装置7和底座摆臂待测样品连接装置15可采用连接金具；

再次，根据试验要求设置框架摆臂3和底座摆臂11的运动轨迹及方式，并设置各作用力大小、扭转参数、弯折参数；

然后，在试验时利用框架摆臂旋转驱动系统4和底座摆臂旋转驱动系统分别驱动框架摆臂3和底座摆臂11左右摆动，对待测样品的抗压性能和抗拉性能进行测试；在驱动框架摆臂3和底座摆臂11左右摆动的同时，利用框架摆臂正反转伺服驱动系统6、框架摆臂直线驱动装置8、底座摆臂正反转伺服驱动系统14和底座摆臂直线驱动装置12分别驱动框架摆臂转轴5转动、框架摆臂3水平往复移动、底座摆臂转轴13转动、底座摆臂11水平往复移动，对待测样品即相间间隔棒施加不同方向和不同形式的力，完成一次试验过程中相间间隔棒所受到的轴向扭转力、轴向错折力、弯折力检测；

最后，重复试验，在测试过程中，通过测力传感器反馈待测样品所承受的力值数据；通过在试验中随时增加框架摆臂旋转驱动系统4、底座摆臂旋转驱动系统、框架摆臂正反转伺服驱动系统6、框架摆臂直线驱动装置8、底座摆臂正反转伺服驱动系统14和底座摆臂直线驱动装置12的施加力，检测待测样品在发生损伤或损坏现象时所承受的力值范围，并实时保存试验力值数据，以对待测样品进行分析评估。

Claims (9)

1.一种相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：包括框架摆臂系统和底座摆臂系统，所述的框架摆臂系统包括框架摆臂机架、框架摆臂支架和框架摆臂，框架摆臂支架与框架摆臂机架连接，框架摆臂设置在框架摆臂支架上，框架摆臂由框架摆臂旋转驱动系统驱动在水平方向转动；框架摆臂前端同轴设置有框架摆臂转轴，框架摆臂转轴由框架摆臂正反转伺服驱动系统驱动转动，框架摆臂转轴的前端同轴设置有框架摆臂待测样品连接装置；所述的底座摆臂系统包括底座摆臂机架、底座摆臂支架和底座摆臂，底座摆臂支架与底座摆臂机架连接，底座摆臂设置在底座摆臂支架上，底座摆臂由底座摆臂旋转驱动系统驱动在水平方向转动；底座摆臂前端设置有底座摆臂转轴，底座摆臂转轴的轴向在水平面内与底座摆臂轴向垂直设置，底座摆臂转轴由底座摆臂正反转伺服驱动系统驱动转动，底座摆臂转轴前端同轴设置有底座摆臂待测样品连接装置。

2.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的框架摆臂支架与框架摆臂机架竖向滑动连接，框架摆臂支架由框架摆臂支架直线驱动装置驱动。

3.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的框架摆臂与框架摆臂支架水平滑动连接，框架摆臂由框架摆臂直线驱动装置驱动。

4.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的底座摆臂机架设置在轨道上且与轨道水平滑动连接，底座摆臂机架由底座摆臂机架直线驱动装置驱动。

5.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的底座摆臂与底座摆臂支架水平滑动连接，底座摆臂由底座摆臂直线驱动装置驱动。

6.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的框架摆臂旋转驱动系统包括框架摆臂液压伺服控制系统和框架摆臂齿轮齿条摆动系统，框架摆臂齿轮齿条摆动系统在框架摆臂液压伺服控制系统的控制下驱动框架摆臂支架在水平方向转动；底座摆臂旋转驱动系统包括底座摆臂液压伺服控制系统和底座摆臂齿轮齿条摆动系统，底座摆臂齿轮齿条摆动系统在底座摆臂液压伺服控制系统的控制下驱动底座摆臂支架在水平方向转动。

7.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的框架摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂正反转伺服驱动系统均采用正反旋转伺服电机减速机。

8.根据权利要求1所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统，其特征在于：所述的框架摆臂转轴的前端与框架摆臂待测样品连接装置之间设置有测力传感器；底座摆臂转轴前端与底座摆臂待测样品连接装置之间设置有测力传感器。

9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的相间间隔棒舞动承载特性测试系统的测试方法，其特征在于，依次包含以下步骤：

A：根据待测样品的长度，分别利用框架摆臂支架直线驱动装置和底座摆臂机架直线驱动装置对框架摆臂高度和底座摆臂机架位置进行调节；

B：将框架摆臂待测样品连接装置和底座摆臂待测样品连接装置分别连接在待测样品的两端；

C：根据试验要求设置框架摆臂和底座摆臂的运动轨迹及方式，并通过底座摆臂正反转伺服驱动系统、框架摆臂直线驱动装置、底座摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂直线驱动装置分别设置各自产生的作用力大小、扭转参数和弯折参数；

D：利用框架摆臂旋转驱动系统和底座摆臂旋转驱动系统分别驱动框架摆臂和底座摆臂左右摆动，对待测样品的抗压性能和抗拉性能进行测试；在驱动框架摆臂和底座摆臂左右摆动的同时，利用框架摆臂正反转伺服驱动系统、框架摆臂直线驱动装置、底座摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂直线驱动装置分别驱动框架摆臂转轴转动、框架摆臂水平往复移动、底座摆臂转轴转动、底座摆臂水平往复移动，对待测样品即相间间隔棒施加不同方向和不同形式的力，完成一次试验过程中相间间隔棒所受到的轴向扭转力、轴向错折力、弯折力检测；

E：重复试验，并在测试过程中通过测力传感器反馈待测样品所承受的力值数据；通过在试验中随时增加框架摆臂旋转驱动系统、底座摆臂旋转驱动系统、框架摆臂正反转伺服驱动系统、框架摆臂直线驱动装置、底座摆臂正反转伺服驱动系统和底座摆臂直线驱动装置的施加力，检测待测样品在发生损伤或损坏现象时所承受的力值范围，并实时保存试验力值数据。