CN105486588B - 一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法和装置，步骤如下：1)获取同一电压等级的相同型号或不同型号的盆式绝缘子的设定部位所能够承载的最大应力；2)对待测盆式绝缘子进行气压试验，在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力；3)对步骤2)得到的应力、气压数据进行线性拟合，得到应力随气压变化的关系，带入步骤1)的所述最大应力，求解待测盆式绝缘子的最大承载压力。本发明出色的完成了发明目的，不会损坏盆式绝缘子，而且所采用的设备可以由现有的气密性试验装置改进得到，成本较低。

Description

一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法和装置

技术领域

本发明涉及电工绝缘材料技术领域，特别是一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法和装置。

背景技术

随着电网电压等级向特高压方向发展，高压开关设备用盆式绝缘子尺寸不断增大，运行过程中对其耐压能力的要求越来越高。大型绝缘件生产工艺复杂，生产周期长，电气和力学性能要求高。盆式绝缘子在高压开关设备内部长期处于高压电场和复杂应力场的联合作用下，要承受SF6气体压力、开关设备开断过程中的冲击力、中心导体和其他部件的静压力等力学作用。耐压能力是盆式绝缘子机械性能的综合体现，对于耐压能力不足的绝缘子，在承受较大机械应力时会在内部产生裂痕或气隙引起局部放电，从而大大加速绝缘子的老化。

在国内主要高压开关设备制造企业中，普遍采用抽样水压破坏试验的方法检验盆式绝缘子的耐压能力。受盆式绝缘子制造工艺控制水平所限，不同绝缘子的耐压能力存在一定的差异，水压破坏性试验得到的检测结果波动性大。更重要的是，水压试验会破坏盆式绝缘子，即使不破坏，由于在水压试验中水渗入绝缘材料中，绝缘子也无法可靠、安全投入使用了。

迄今为止，尚未见到可直接应用于高压开关设备用盆式绝缘子耐压能力无损检测的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法和装置，用以解决现有检测方法会损坏盆式绝缘子的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

盆式绝缘子耐压能力无损检测方法，步骤如下：

1)获取同一电压等级的相同型号或不同型号的盆式绝缘子的设定部位所能够承载的最大应力；

2)对待测盆式绝缘子进行气压试验，在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力；

3)对步骤2)得到的应力、气压数据进行线性拟合，得到应力随气压变化的关系，带入步骤1)的所述最大应力，求解待测盆式绝缘子的最大承载压力。

进一步的，所述步骤1)是通过水压破坏试验获得所述最大应力的。

进一步的，所述设定部位为盆式绝缘子的最大应力集中部位。

进一步的，通过有限元分析法得出所述最大应力集中部位。

本发明还提供了一种盆式绝缘子耐压能力无损检测装置，包括用于气压试验的加压装置，用于检测气体压力的气压检测装置，用于安装于待测盆式绝缘子表面以检测应力的应力检测装置，以及一个记录装置；加压装置在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中所述记录装置同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力。

进一步的，所述应力检测装置为电阻贴片式压力传感器。

进一步的，所述记录装置包括数据记录仪和计算机。

本发明的基本思路是：盆式绝缘子在水压或气压作用下，其内部应力状态的变化是影响其力学性能的内在原因，直接决定了绝缘子耐压能力的大小。通过测量盆式绝缘子水压破坏试验过程中应力值部位应力值随水压加载压力的变化，得出两者之间的相关性。对于产品用生产件的质量控制，根据小载荷气压加载试验得到的应力测量曲线对其极限耐压能力进行预测。

也就是说，只需要得到盆式绝缘子的设定部位所能够承载的最大应力，然后再进行非破坏性的气压试验，根据拟合出的气压与应力关系，即可计算出最大应力对应的气压值，即待求的最大承载压力。

本发明出色的完成了发明目的，不会损坏盆式绝缘子，而且所采用的设备可以由现有的气密性试验装置改进得到，成本较低。

附图说明

图1是动态应力测量系统原理图；

图2是水压试验应变测量结果；

图3是水压试验应变平滑处理结果；

图4是水压试验应力测量结果；

图5是水压试验水压测量结果；

图6是水压试验不同水压状态下应力测量结果；

图7是1-8号样品水压试验不同水压状态下应力测量结果；

图8是9号样品气压试验条件下应力测量结果；

图9是9号样品气压试验应力线性拟合结果；

图10是9号样品0-4.5MPa水压范围内应力计算结果；

图11是9号样品0-4.5MPa水压范围内应力测量结果与计算结果对比；

图12是10号样品气压试验应力线性拟合结果；

图13是10号样品0-4.5MPa水压范围内应力计算结果；

图14是10号样品0-4.5MPa水压范围内应力测量结果与计算结果对比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例

盆式绝缘子耐压能力无损检测方法，其主要思路为：

1)获取同一电压等级的相同型号或不同型号的盆式绝缘子的设定部位所能够承载的最大应力；

2)对待测盆式绝缘子进行气压试验，在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力；

3)对步骤2)得到的应力、气压数据进行线性拟合，得到应力随气压变化的关系，带入步骤1)的所述最大应力，求解待测盆式绝缘子的最大承载压力。

根据以上主要思路，下面给出一个具体的实施过程。

一，首先，进行水压破坏试验，对象是与待测的盆式绝缘子处于相同电压等级的其他盆式绝缘子(相同或不同型号均可)。

具体包括：

(1)盆式绝缘子应力最大位置分析

采用有限元分析的方法对盆式绝缘子加压过程中最大应力的分布状况进行计算，得到盆式绝缘子加压过程中最大应力的分布位置，即1100kV盆式绝缘子在4.0Mpa水压作用下应力分布状况的计算结果。由计算结果分析可知，盆式绝缘子盆沿与盆体连接处为应力最大位置，在4.0Mpa水压作用下该位置处的应力值超过15Mpa，为施加载荷的3.75倍，存在较明显的应力集中。之后，通过水压破坏试验对理论计算结果进行验证。可以发现，盆式绝缘子水压破坏位置集中于盆沿与盆体连接处即应力最大位置，该位置处周向裂纹分布明显。试验结果与理论分析结果一致，对于1100kV盆式绝缘子，在内部水压加载条件下最大应力集中在盆沿与盆体的连接处。

(2)动态应力测量系统构建、设备连接及参数设置

盆式绝缘子动态水压破坏试验的应力测量系统原理图见图1所示。该套测量系统由盆式绝缘子检测试样1、强力胶2、电阻应变计3、导线4、移动数据记录器5、网络连接线6、计算机7组成。所用移动数据记录器5为北京航天斯达新技术装备公司生产的MDR移动数据记录器，通道数为4。采用钎焊的方式将导线4的一端和电阻应变计3实现电气连接，将导线4的另一端与移动数据记录器5进行连接。采用强力胶2将电阻应变计3粘贴到盆式绝缘子试样1最大应力集中部位。利用网络连接线6连接移动数据记录器5和计算机7，在计算机7上安装移动数据记录系统，采用网络通信的方式实现移动数据记录器5和计算机7之间的数据传输。采用安装在计算机7上的MDR-80移动数据记录系统控制移动数据记录器5进行应变信号采集，采样频率设置为1K，低通设置为100Hz。

(3)应变信号采集

开始进行内部压力试验，同时按下移动数据记录系统的“示波”按钮，开始应变数据的记录。将加载压力从0Mpa持续增加到盆式绝缘子试样1发生破裂，每隔50s记录一次加载力，当试验水压增加到4.67Mpa时盆式绝缘子试样1发生破裂。将记录到的应变数据存储到计算机7上，如图2所示。

(4)应力随水压变化曲线获取

采用平滑处理方式对图2得到的应变数据进行处理，滤除掉噪声信息，得到应变随加载时间的变化曲线，如图3所示。应力σ、应变ε和弹性模量E之间的关系为σ＝Eε，绝缘件弹性模量E为1×10⁴Pa，可以由图3进一步计算出应力随加载时间的变化曲线，如图4所示。在步骤2记录的加载力和加载时间的基础上，绘制加载力随时间的变化曲线，如图5所示。结合图4和图5的数据可以最终得到应力最大位置处应力随水压的变化关系，如图6所示。

(5)确定最大承载应力

对于同一种电压等级的盆式绝缘子，其材料、制造工艺、形状尺寸等基本特征相同，因而，对于应力最大位置所能够承载的最大应力值基本上是比较接近的。图7所示为1-8号试验样品在水压破坏试验过程中得到的应力最大位置处应力随水压的变化关系。观察发现，应力与水压的关系为一次线性关系，绝缘子发生破裂时对应的最大应力值差别不大，基本集中在7000MPa以上。对于应用于高压开关设备的盆式绝缘子，为了增加一定的安全系数，确定7000MPa为所研究1100kV电压等级盆式绝缘子的最大承载应力，作为其内部承受压力水平的计算依据。

以上是水压破坏试验的具体过程，主要意义在于确定最大应力集中部位能够承载的最大应力值。由于发现了该应力值适用于同一电压等级的各种盆式绝缘子，因此能够用于待测盆式绝缘子。

作为其他实施方式，也可以由其他手段获得或者根据事先获得的数据直接得到上述最大应力值。

二，气压试验。目的在于在设定的气压范围内进行试验，设定的气压范围是指较小的气压范围，即不会大到足以破坏盆式绝缘子，从而不会破坏待测盆式绝缘子。

具体过程为：

对9-10号样品进行承载能力预测(9-10号样品为待测盆式绝缘子，1-8号样品为用于水压破坏试验的盆式绝缘子)。1100kV电压等级盆式绝缘子工作压力为0.6MPa，出厂盆式绝缘子要求达到的最小承载压力为2.4MPa。首先在3倍使用气压范围内即1.8MPa试验条件下对试验样品进行小压力加载试验。气压试验的设备为现有的气密性试验设备。图8所示为9号样品气压试验条件下应力值的测量结果。对图8得到的试验数据进行线性拟合，拟合结果如图9所示，得到的应力与气压之间的关系为：应力＝1606.1气压-8.47。按照图9得到的拟合结果，在0-4.5MPa范围内对9号样品应力最大位置处的应力进行计算，结果如图10所示。以最大承载应力7000MPa为判断依据，可以得出保守估计条件下9号样品的最大承载压力为4.3MPa。之后在0-4.5MPa水压范围内对9号样品在水压条件下进行验证性试验，试验结果及计算结果的对比如图11所示，9号样品发生破裂时的最大水压为4.4MPa，证明了预测方法的可行性。

图12所示为10号样品在0-1.8MPa气压范围内进行加载试验测得的应力及其拟合结果，得到的应力与气压之间的关系为应力＝2012.81气压+55.4。按照图12得到的拟合结果，在0-4.5MPa范围内对10号样品应力最大位置处的应力进行计算，结果如图13所示。以最大承载应力7000MPa为判断依据，可以得出保守估计条件下10号样品的最大承载压力为3.5MPa。之后在0-4.5MPa水压范围内对10号样品在水压条件下进行验证性试验，试验结果及计算结果的对比如图14所示，10号样品发生破裂时的最大水压为3.7MPa，证明了预测方法的可行性。

上述主要思路中指出的“设定部位”，在上面的具体实施过程中，是指最大应力集中部位。作为其他实施方式，也可以采用其他部位，当然在进行气压试验时，也必须对该部位进行应力检测。

装置实施例

一种盆式绝缘子耐压能力无损检测装置，包括用于气压试验的加压装置，用于检测气体压力的气压检测装置，用于安装于待测盆式绝缘子表面以检测应力的应力检测装置，以及一个记录装置；加压装置在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中所述记录装置同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力。

该检测装置实际上可以采用盆式绝缘子的气密性试验设备(气密性试验设备属于现有技术，主要是密封和加压装置)，加上应力检测装置构成。

具体的，应力检测装置为电阻贴片式压力传感器。记录装置包括数据记录仪和计算机，即可以采用水压破坏试验中的记录装置。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法，其特征在于，步骤如下：

1)获取同一电压等级的相同型号或不同型号的盆式绝缘子的设定部位所能够承载的最大应力；

2)对待测盆式绝缘子进行气压试验，在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力；

3)对步骤2)得到的应力、气压数据进行线性拟合，得到应力随气压变化的关系，带入步骤1)的所述最大应力，求解待测盆式绝缘子的最大承载压力。

2.根据权利要求1所述的一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法，其特征在于，所述步骤1)是通过水压破坏试验获得所述最大应力的。

3.根据权利要求1或2所述的一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法，其特征在于，所述设定部位为盆式绝缘子的最大应力集中部位。

4.根据权利要求3所述的一种盆式绝缘子耐压能力无损检测方法，其特征在于，通过有限元分析法得出所述最大应力集中部位。

5.一种盆式绝缘子耐压能力无损检测装置，其特征在于，包括用于气压试验的加压装置，用于检测气体压力的气压检测装置，用于安装于待测盆式绝缘子表面以检测应力的应力检测装置，以及一个记录装置；加压装置在设定的气压范围内逐步加载压力，在此过程中所述记录装置同步记录气压值和待测盆式绝缘子的设定部位的应力；对得到的应力、气压数据进行线性拟合，得到应力随气压变化的关系，带入同一电压等级的相同型号或不同型号的盆式绝缘子的设定部位所能够承载的最大应力，求解待测盆式绝缘子的最大承载压力。

6.根据权利要求5所述的一种盆式绝缘子耐压能力无损检测装置，其特征在于，所述应力检测装置为电阻贴片式压力传感器。

7.根据权利要求6所述的一种盆式绝缘子耐压能力无损检测装置，其特征在于，所述记录装置包括数据记录仪和计算机。