CN106124111A - 变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统及方法，框体包括上横梁、下横梁、左横梁和右横梁，所述框体的上横梁和下横梁均在水平方向设置三个孔，所述框体中部设置有中横梁，所述中横梁在水平方向设置三个孔，所述上横梁、中横梁和下横梁的孔在竖直方向对应；所述中横梁包括固定部和两个连接部，所述固定部两端经连接部设置在框体上，所述固定部的顶部在水平方向高于所述上横梁和下横梁，底部在水平方向低于所述上横梁和下横梁；所述上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设有拉力传感器。本发明解决了现有变电站变压器套管端部羊角型金具受力难以检测的问题，能够实现羊角型金具拉力的方便、实时、精确检测。

Description

变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统及方法

技术领域

本发明涉及电力领域，具体涉及一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统及方法。

背景技术

金具是送电线广泛使用的铁制或铝制金属附件，大部分金具在运行中需要承受较大的拉力，有的还要同时保证电气方面接触良好。特高压变电站变压器套管端部接线金具由于设计不合理、套管端部接线柱盖板强度不足、密封设计存在薄弱环节等问题，导致套管顶部接线柱的横向受力超过设计值，长期作用下导致套管端部变形后密封失效后进水，最终导致主变发生匝间短路故障。为了分析套管端部接线金具受力情况，目前主要采用仿真分析的方法，但仿真分析需设定多个假设条件，不能充分反映实际受力情况，并且不能得到实验数据验证，指导改造存在较大风险，因而需要开展实物试验，为优化设计提供依据。由于套管端部接线金具形状特殊，目前未有很好的测试方法及装置，大多是直接人工操作使用传感器进行检测，因此开展实物应力试验困难，无法实时采集拉力信息。

申请号为200820054261.1的发明公开了一种变压器高压套管及低压端子板试压试温装置，在支架上设有油箱，在油箱上设有能安装变压器高压套管的高压连接体和能安装变压器低压侧端子板的低压连接体，在油箱上还设有上下通气孔和观察孔、加热装置和温度传感器,在所述的支架上设有控制箱，控制箱与加热装置和温度传感器电连接。该发明可以对变压器高压套管进行密封和高温试验，但不能检测套管端部金具的拉力参数。申请号为201320839446.4的发明专利公开了一种高压套管末屏传感器，包括雷电冲击保护模块、快速接地模块、开路限压保护模块、检测输出电压，雷电冲击保护模块在检测输出电压超过限值后将检测输出电压通过快速接地模块引入大地，开路限压保护模块调节检测输出电压的输出范围。但该传感器仅能检测电力设备套管的电压参数，不能检测套管端部金具的拉力参数，无法判断套管顶部接线柱的横向受力是否超过设计值，不能得到套管金具的实际受力情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统及方法，解决了现有变电站变压器套管端部羊角型金具实际受力难以检测的问题，能够实现羊角型金具拉力的方便、实时、精确检测，以便监测羊角型金具的使用状况，进行及时检修或更换。

本发明采用以下技术方案：

一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其中，包括框体，所述框体包括上横梁、下横梁、左横梁和右横梁，所述框体的上横梁和下横梁均在水平方向设置三个孔，所述框体中部设置有中横梁，所述中横梁在水平方向设置三个孔，所述上横梁、中横梁和下横梁的孔在竖直方向对应；所述中横梁包括固定部和两个连接部，所述固定部两端经连接部设置在框体上，所述固定部的顶部在水平方向高于所述上横梁和下横梁，底部在水平方向低于所述上横梁和下横梁；所述上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设有拉力传感器。

优选的，所述每个连接部均设置有拉力传感器。

优选的，所述连接部内设置四个拉力传感器，所述的四个拉力传感器均匀分布在连接部的四周。

优选的，所述上横梁、下横梁、左横梁和右横梁上均设有两个凹槽，所述拉力传感器设置在凹槽内。

优选的，所述凹槽内在竖直方向设置两个拉力传感器。

优选的，所述上横梁和下横梁上均设有向内的凸块，所述上横梁和下横梁的三个孔分别设在相应的凸块上。

优选的，所述连接部的厚度小于所述框体。

优选的，所述变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统还包括数显表，所述数显表与框体上设置的接线柱连接，所述接线柱与拉力传感器电连接。

优选的，所述变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统还包括电源，所述电源与框体上设置的接线柱连接，所述接线柱与拉力传感器电连接。

一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量方法，其中，包括如下步骤：

步骤1，在框体的上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设置拉力传感器，所述上横梁与下横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在Y方向的受力；所述左横梁与右横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在X方向的受力；所述连接部内设置的拉力传感器测量羊角型金具在Z方向的受力；

步骤2，将变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统设置在羊角型金具上，由拉力传感器检测羊角型金具的受力情况，获取拉力参数值；

步骤3，输出各个传感器获取的拉力参数值，对测量X方向、Y方向、Z方向受力的拉力传感器分别求取平均值，得到羊角型金具在X方向、Y方向、Z方向的拉力参数值。

本发明具有以下有益效果：

本发明在框体上以及连接部上均设置多个拉力传感器，上横梁及下横梁上设置的拉力传感器可测量轴向（Y方向)受力情况，左、右横梁上设置的拉力传感器可测量横向（X方向）受力情况，连接部上设置的拉力传感器可测量垂直方向（Z方向）受力情况，检测每个方向受力的传感器均为多个，多个传感器测得的拉力值求取平均值，得到最终的拉力值，避免了采用单个传感器由于受力不均造成的测量结果不准确，提高了测量精确。

本发明中横梁的拉力传感器测量Z方向受力情况，中横梁包括两端的连接部和中间的固定部，连接部的厚度小于固定部及框体，本发明的正面，固定部在水平方向高出上横梁及下横梁，本发明的背面，固定部低于上横梁及下横梁。本发明的中横梁采用这种悬空结构，连接部不接触待测体，当施加外力时，固定部的正面受力，力由固定部传导到两侧的连接部上，测试的范围更广。同时，两个连接部内均设置拉力传感器，且拉力传感器为多个，通过多个传感器测得的参数值求取平均值，得到Z方向的受力情况，测量精度更高。

本发明能够实时检测羊角型金具的受力情况，当获取的拉力参数值大于预设的最大值时，判断羊角型金具可能发生断裂，将报警信息和位置信息发送给监控中心，监控中心记录后派出检修人员到现场检修。也可同时给检修人员发送报警短信或发送到检修人员的手机APP上，检修人员到现场检修后将处理情况反馈给监控中心，由监控中心记录。

本发明解决了现有变电站变压器套管端部接线金具实际受力情况的检测难问题，避免了当金具横向受力过大可能发生断裂时，因不能够及时发现、进行检修或更换导致主变发生匝间短路故障的问题；本发明方便了检修和测试工作，降低了人力成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统的主视结构示意图。

图2为图1的仰视结构示意图。

图3为图1的左视结构示意图。

图4为本发明变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统的传感器布置及接线示意图。

图5为图4的A-A剖示结构示意图。

图6为图4的B-B剖示结构示意图。

图7为本发明变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统的使用状态示意图。

图8为本发明变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量方法的流程图。

图9为本发明变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量方法另一实施方式的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1－图6所示，本发明提供一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，包括框体2，框体2包括上横梁、下横梁、左横梁和右横梁，框体2的上横梁和下横梁均在水平方向设置三个孔4。框体中部设置有中横梁，中横梁包括固定部7和两个连接部6，固定部7两端经连接部6分别设置在框体的左横梁和右横梁上。固定部7在水平方向设置三个孔4，上横梁、中横梁和下横梁的孔4在竖直方向对应。

固定部7的顶部在水平方向高于上横梁和下横梁，底部在水平方向低于上横梁和下横梁，上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部6均设有拉力传感器。连接部6的厚度小于框体2和固定部7。中横梁采用这种悬空结构，连接部6不接触待测体，当施加外力时，固定部7的正面（顶部）受力，力由固定部7传导到两侧的连接部6上，通过连接部6内的拉力传感器602测量待测体（羊角型金具）Z方向受力情况，这种结构的测试范围更广，测量精度更高。同时，两个连接部6内均设置拉力传感器，且拉力传感器为多个，通过多个传感器测得的参数值求取平均值，得到Z方向的受力情况，测量精度更高。

在一个实施例中，可先在框体上需要安装拉力传感器的位置设置凹槽，然后将相应的拉力传感器埋设在凹槽内。例如，为测量Y方向（轴向）受力情况，在上横梁和下横梁上设置凹槽301，本实施例中，上横梁和下横梁的凹槽301均为两个，如图4-图6所示，在每个凹槽301内沿垂直方向设置两个拉力传感器302，这8个拉力传感器302分别测量羊角型金具Y方向的受力值，求取平均值，最终的平均值即为羊角型金具在Y方向的受力值。在左横梁和右横梁上设置凹槽101，凹槽101均为两个，在每个凹槽101内沿垂直方向设置两个拉力传感器102，这8个拉力传感器102分别测量羊角型金具X方向的受力值，求取平均值，最终的平均值即为羊角型金具在X方向的受力值。

X方向（横向）、Y方向（轴向）、Z方向（垂直方向）分别代表空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向。

在每个连接部6内分别设置个拉力传感器602，四个拉力传感器602均匀分布在连接部6的四周。这8个拉力传感器602分别测量羊角型金具Z方向的受力值，求取平均值，最终的平均值即为羊角型金具在Z方向的受力值。

在一个实施例中，在框体的上横梁和下横梁上均设有向内的凸块5，上横梁和下横梁的三个孔4分别设在相应的凸块5上。两个凸块5与固定部7水平平行设置。固定部7的顶部在水平方向高于凸块5，底部在水平方向低于凸块5,连接部6的厚度小于框体和固定部7。这样，在本发明的正面，固定部7较高，在本发明的背面，固定部7位置较低，连接部6无论是在正面还是背面，其高度都较低，在施加垂直方向的力时，固定部7直接受力，力传导到两侧的连接部6，由连接部6内设置的拉力传感器602检测拉力值。

在一个实施例中，变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统还包括数显表，数显表与框体上设置的接线柱连接，接线柱与拉力传感器电连接。图4为本发明传感器接线布置示意图，箭头方向代表引线方向，在框体内开线槽，电线设置在线槽内，各个传感器与接线柱通过电线连接。在测量羊角型金具的受力情况时，数显表可显示测得的拉力值，方便工作人员记录。

在一个实施例中，变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统还包括电源，电源与框体上设置的接线柱8连接，接线柱与拉力传感器电连接。电源为拉力传感器和数显表供电。电源可以为锂电池。

如图8所示，一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量方法，其中，包括如下步骤：

步骤1，在框体的上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设置拉力传感器，所述上横梁与下横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在Y方向的受力；所述左横梁与右横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在X方向的受力；所述连接部内设置的拉力传感器测量羊角型金具在Z方向的受力；

步骤2，将变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统设置在羊角型金具上，由拉力传感器检测羊角型金具的受力情况，获取拉力参数值；

步骤3，输出各个传感器获取的拉力参数值，将拉力传感器按照X方向、Y方向、Z方向的分类，对测量X方向、Y方向、Z方向受力的拉力传感器分别求取平均值，得到羊角型金具在X方向、Y方向、Z方向的拉力参数值。

电阻应变测试法的基本原理是用电阻应变片测定构件表面的线应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法是将电阻应变片粘贴的被测构件表面，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，然后通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压（或电流）的信号，由记录仪进行记录，就可得到所测定的应变或应力。

电阻应变效应的理论公式为：

式中：

ρ为电阻率（Ω·mm²/m）

L为金属丝的长度（m），

S为金属丝的截面积（mm²）

由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加；当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，只要能测出电阻值的变化，便可金属丝的应变情况。这种转换关系为：

式中：

为金属丝电阻值的变化量；

K₀为金属材料的应变灵敏系数，它主要由试验方法确定，且在弹性极限内基本为常数；

ε为金属材料的轴向应变值，因此又称长度应变值，对于金属丝而言，其值在0.24～0.4之间。

在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测机械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。这时，电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。

羊角型金具静态拉力测量系统在框体上开设与羊角型金具上的孔相对应的螺孔，且螺孔的直径小于羊角型金具的孔的直径，使用时采用螺栓固定，同时因为螺孔的孔径较小，方便安装固定，避免了在固定时能够通过螺孔的螺栓无法穿过羊角型金具的孔。该实施例中，拉力传感器的具体参数：量程：X、Y、Z三个方向都是5000N；精度：千分之五；电源：24V；输出：0-5V。

根据羊角形变压器套管端部接线金具的形状，制作特定尺寸的本发明羊角型金具静态拉力测量系统。如图7所示，将羊角型金具静态拉力测量系统9首通过直径为M12的螺栓分别固定在套管10的左右两侧羊角型金具11上，然后将导线线夹同样通过M12的螺栓固定在制作的羊角型金具静态拉力测量系统9上，固定好变压器套管端部羊角型金具11、羊角型金具静态拉力测量系统9、导线线夹后，变压器套管端部羊角型金具11的受力情况即可通过羊角型金具静态拉力测量系统9中拉力传感器的变化得以体现，即可实时测试出变压器套管端部羊角型金具所承受的应力，并通过数显表头输出。

在一个实施例中，如图9所示，本发明包括如下步骤：

步骤1，在框体的上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设置拉力传感器，所述上横梁与下横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在Y方向的受力；所述左横梁与右横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在X方向的受力；所述连接部内设置的拉力传感器测量羊角型金具在Z方向的受力；

步骤2，将变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统设置在羊角型金具上，由拉力传感器检测羊角型金具的受力情况，获取拉力参数值；

步骤3，输出各个传感器获取的拉力参数值，将拉力传感器按照X方向、Y方向、Z方向的分类，对测量X方向、Y方向、Z方向受力的拉力传感器分别求取平均值，得到羊角型金具在X方向、Y方向、Z方向的拉力参数值；

步骤4，将输出的拉力参数值与预设的拉力参数值进行比较，若超出预设的最大拉力参数值，则进行报警，并发送报警信息；若未超出预设的最大拉力参数值，则继续检测，执行步骤2。

该实施例中，除了可以实时检测到羊角型金具的拉力值外，还可通过采集的拉力值判断羊角型金具的使用状况，当金具可能发生断裂时，发送报警信息，能够及时发现并进行更换或检修。例如，金具所能承受的最大的力是100N，则预设的最大拉力参数值为100N，若采用的拉力参数值大于100N时，金具超出了最大承受力，可能发生断裂，此时发送报警信息进行报警，通过检修人员到现场进行检修或更换。

在一个实施例中，本发明包括如下步骤：

步骤1，在框体的上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设置拉力传感器，所述上横梁与下横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在Y方向的受力；所述左横梁与右横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在X方向的受力；所述连接部内设置的拉力传感器测量羊角型金具在Z方向的受力；

步骤2，将变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统设置在羊角型金具上，由拉力传感器检测羊角型金具的受力情况，获取拉力参数值；

步骤3，输出各个传感器获取的拉力参数值，将拉力传感器按照X方向、Y方向、Z方向的分类，对测量X方向、Y方向、Z方向受力的拉力传感器分别求取平均值，得到羊角型金具在X方向、Y方向、Z方向的拉力参数值；

步骤4，将输出的拉力参数值与预设的拉力参数值进行比较，若超出预设的最大拉力参数值，则进行报警，并发送报警信息；若未超出预设的最大拉力参数值，则继续检测，执行步骤2；

步骤5，获取变压器高压套管端部羊角型金具所处的位置信息，在发送报警信息的同时发送位置信息。

该实施例中，在判断出羊角型金具可能发生断裂，发送报警信息时，同时获取该金具的位置信息并发送，以便检修人员能够快速查找故障位置，到现场进行维护。该方法解决了现有变电站变压器套管端部接线金具横向受力实际情况的检测难问题，避免了当金具横向受力过大可能发生断裂时，因不能够及时发现、进行检修或更换导致主变发生匝间短路故障的问题；本发明方便了检修和测试工作，降低了人力成本。

该方法能够实时检测羊角型金具的受力情况，当获取的拉力参数值大于预设的最大值时，判断羊角型金具可能发生断裂，将报警信息和位置信息发送给监控中心，监控中心记录后派出检修人员到现场检修。也可同时给检修人员发送报警短信或发送到检修人员的手机APP上，检修人员到现场检修后将处理情况反馈给监控中心，由监控中心记录。

在一个实施例中，当获取的拉力参数值大于预设的最大值时，判断羊角型金具可能发生断裂，将报警信息和位置信息发送给监控中心，监控中心记录后派出检修人员到现场检修。也可同时给检修人员发送报警短信或发送到检修人员的手机APP上，检修人员到现场检修后将处理情况反馈给监控中心，由监控中心记录。

在一个实施例中，当获取的拉力参数值小于预设的最大值时，进一步判断是否在第二预设值范围内，例如，当羊角型金具承受的拉力大于100N时会发生断裂，当它承受的拉力值长时间处理90-99N时，当时间达到一定节点时，例如100h时，或达到一定的次数时，易发生损坏或断裂。若获取的拉力参数值在第二预设值范围内时，记录发生的时间、拉力参数值后，继续检测。若获取的拉力参数值在第二预设值范围内超出预设的时间或次数时，发出预警信息，并同时发送位置信息，通知检修人员到现场维护。本实施例的方法可进一步判断金具的使用状况，能够及时发现问题，避免因金具断裂造成的跳闸现象。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：包括框体，所述框体包括上横梁、下横梁、左横梁和右横梁，所述框体的上横梁和下横梁均在水平方向设置三个孔，所述框体中部设置有中横梁，所述中横梁包括固定部和两个连接部，所述固定部两端经连接部设置在框体上，所述固定部在水平方向设置三个孔，所述上横梁、固定部和下横梁的孔在竖直方向对应；所述固定部的顶部在水平方向高于所述上横梁和下横梁，底部在水平方向低于所述上横梁和下横梁；所述上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设有拉力传感器。

2.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述每个连接部均设置有拉力传感器。

3.根据权利要求1所或2述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述连接部内设置四个拉力传感器，所述的四个拉力传感器均匀分布在连接部的四周。

4.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述上横梁、下横梁、左横梁和右横梁上均设有两个凹槽，所述拉力传感器设置在凹槽内。

5.根据权利要求4所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述凹槽内在竖直方向设置两个拉力传感器。

6.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述上横梁和下横梁上均设有向内的凸块，所述上横梁和下横梁的三个孔分别设在相应的凸块上。

7.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述连接部的厚度小于所述框体。

8.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统还包括数显表，所述数显表与框体上设置的接线柱连接，所述接线柱与拉力传感器电连接。

9.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统，其特征在于：所述变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统还包括电源，所述电源与框体上设置的接线柱连接，所述接线柱与拉力传感器电连接。

10.根据权利要求1所述的变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，在框体的上横梁、下横梁、左横梁、右横梁及连接部均设置拉力传感器，所述上横梁与下横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在Y方向的受力；所述左横梁与右横梁设置的拉力传感器测量羊角型金具在X方向的受力；所述连接部内设置的拉力传感器测量羊角型金具在Z方向的受力；

步骤2，将变压器高压套管端部羊角型金具静态拉力测量系统设置在羊角型金具上，由拉力传感器检测羊角型金具的受力情况，获取拉力参数值；

步骤3，输出各个传感器获取的拉力参数值，对测量X方向、Y方向、Z方向受力的拉力传感器分别求取平均值，得到羊角型金具在X方向、Y方向、Z方向的拉力参数值。