CN106353214A - 一种用于输电工程户外通电流金具进行热震试验的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于输电工程户外通电流金具进行热震试验的方法，包括：建立包括引流板、试验金具的试验回路；试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种；测量试验金具的初始电阻值，并通过公式获取初始换算电阻值；建立冰水喷淋组件；并对试验回路、冰水喷淋组件进行调试；实施热震试验，热震试验重复进行10次；测量冷却后的试验金具电阻值，并通过公式获取换算电阻值；采用超声无损检测方法检测试验金具表面是否出现裂纹；如果试验金具表面出现裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，换算电阻值与初始换算电阻值的比值大于1.5，则停止试验；否则，继续实施热震试验，最多重复进行100次。

Description

一种用于输电工程户外通电流金具进行热震试验的方法和 系统

技术领域

本发明涉及检测领域，更具体地，涉及一种输电工程用户外通电流金具进行热震试验的方法和系统。

背景技术

目前我国输变电工程中的变电站、换流站通流金具通常由户内和户外两区域组成，其中部分工程站址所在地区自然环境恶劣，冬季气候寒冷，极端气温可达-42℃。低温环境会对金属材料产生严重影响。对于在极寒气温条件下运行的变电站和换流站的通流金具，特别是户外通流金具，在通电流后容易造成温度快速上升，但是由于外界环境温度极低，在断电流后容易造成温度快速下降，导致户外通流金具的温度急剧反复变化。由于温度急剧变化造成的膨胀和收缩在受到约束时，在零件内部会产生热应力。通流金具的温度反复变化，热应力也随着反复变化，从而使材料受到疲劳损伤。以往工程的运行环境温度介于-30℃-40℃之间，相应的通流金具，特别是户外通流金具若直接应用于输变电工程，将存在巨大隐患，严重影响电网的安全稳定运行。

现有技术对于我国输电线路电气接续金具的热疲劳和老化特性的检测和评定方法，采用的是通过电流进行加热，通过金具在达到恒温30分钟后，加热过程结束，切断电流进行冷却。为缩短电气接续金具的降温时间，允许强迫冷却。现在技术的实际操作中，采用压缩空气对金具进行强迫冷却。但是该方式提供的冷却速度相对较慢，与实际停机断电后户外通流金具急速冷却的实际工况有较大的差距，难以针对实际工况进行试验。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种方法，所述方法包括：

搭建试验平台，所述搭建试验平台包括：建立包括引流板、试验金具的试验回路；所述试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种；测量所述试验金具的初始电阻值，并通过公式(1)获取初始换算电阻值，

$R_{20}=\frac{R_T}{1+{\mathrm{\α}}_{20}(T-20)}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_T表示初始电阻值(Ω)，T表示测量电阻时试验金具的温度(℃)，α₂₀表示电阻温度系数，对于铜或铝，α₂₀取4×10^-3/℃，对于铝合金，α₂₀取3.6×10^-3/℃，R₂₀表示初始换算电阻值(Ω)；建立冰水喷淋组件；并对所述试验回路、冰水喷淋组件进行调试；

实施热震试验，所述热震试验包括：通过所述试验回路对所述试验金具进行通流加热，所述试验金具温度均匀恒定后，进行断流冷却；通过所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物，使得所述试验金具快速冷却；所述热震试验重复进行10次；测量所述冷却后的试验金具电阻值，并通过公式(1)获取换算电阻值，采用超声无损检测方法检测所述试验金具表面是否出现裂纹；

如果试验金具表面出现裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，所述换算电阻值与所述初始换算电阻值的比值大于1.5，则停止试验；否则，继续实施热震试验，最多重复进行100次。

优选地，所述搭建试验平台还包括：对所述试验金具进行表面处理，采用砂纸打磨去除表面污秽和氧化层，并用有机溶剂清洗打磨后的表面并擦净吹干。

优选地，所述喷淋组件包括冰水槽、进水管、喷淋管、出水管、试验水槽、试验支撑架、抽水泵；在所述冰水槽内加入冰水混合物，所述冰水槽内冰水混合物的容量至少满足一次热震试验；所述冰水槽内连接所述进水管和所述出水管，所述冰水混合物循环使用并且可继续添加冰水混合物至所述冰水槽，所述冰水槽内冰水混合物温度变化不超过1℃。

优选地，所述试验金具与所述引流板的连接处涂覆导电膏，所述试验金具与所述引流板采用螺栓连接；所述试验金具放置于所述喷淋组件中试验水槽中央靠上部，所述试验金具不与所述试验水槽相接触。

优选地，在所述试验金具表面、进水管、出水管、试验水槽、冰水槽中安装测温装置。

优选地，所述实施热震试验过程中，试验金具温度均匀恒定后，需要将温度均匀恒定的状态保持50分钟。

优选地，所述实施热震试验过程中，通过所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物，使得所述试验金具快速冷却，冷却时间控制为10分钟。快速冷却过程结束时所述进水管和所述出水管内水温相差不超过1℃。根据所述试验金具达到完全冷却所需要的时间，控制所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物的流量。

根据本发明的又一方面，本发明提供一种用于输电工程户外通电流金具进行热震试验的系统，所述系统包括：

试验单元，所述试验单元包括：试验回路，所述试验回路包括引流板、试验金具；所述试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种；测试所述试验金具的初始电阻值，并通过公式(1)获取初始换算电阻值，

$R_{20}=\frac{R_T}{1+{\mathrm{\α}}_{20}(T-20)}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_T表示初始电阻值(Ω)，T表示测量电阻时试验金具的温度(℃)，α₂₀表示电阻温度系数，对于铜或铝，α₂₀取4×10^-3/℃，对于铝合金，α₂₀取3.6×10^-3/℃，R₂₀表示初始换算电阻值(Ω)；冰水喷淋组件；并对所述试验回路、冰水喷淋组件进行调试；

所述试验单元用于实施热震试验，所述热震试验包括：通过所述试验回路对所述试验金具进行通流加热，所述试验金具温度均匀恒定后，进行断流冷却；通过所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物，使得所述试验金具快速冷却；所述热震试验重复进行10次；测量所述冷却后的试验金具电阻值，并通过公式(1)获取换算电阻值，采用超声无损检测方法检测所述试验金具表面是否出现裂纹；

热震试验结果分析单元，如果所述试验金具表面出现裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，所述换算电阻值与所述初始换算电阻值的比值大于1.5，则停止试验；否则，继续实施热震试验，最多重复进行100次。

根据本发明的实施方式，本发明充分考虑加热方式、冷却速度对输电工程户外通流金具热疲劳特性的影响，提出了通流加热与喷淋冰水混合物冷却相结合的热震试验设计原则，本发明提出的实施方式，更加符合输电工程户外通流金具的实际运行工况，具有更好的试验价值，能够有效地指导输电工程户外通流金具热疲劳特性试验的开展及此类通流金具的设计，防止通流金具在极端冷热交变环境中因内部热应力的反复变化而开裂破坏。根据本发明的实施方式，本发明用户外通电流金具表面出现裂纹或电阻换算值与初始换算值的比值大于1.5作为热震试验结束的依据，并将检测对应的热震循环次数判定为金具的热震寿命，为输电工程户外通电流金具的设计和运维检修工作可供了依据。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明的实施方式的户外通电流金具热震试验方法流程图；以及

图2为根据本发明的实施方式的户外通电流金具热震试验系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明的实施方式的户外通电流金具热震试验方法流程图。如图1所示，试验方法100用于对户外通流金具进行热震试验。本发明实施方式的方法100对户外通流金具进行热震试验，更加符合输电工程户外通流金具的实际运行工况，保证了金具热疲劳特性测试的准备性和合理性。方法100通过调整喷淋冰水混合物的速度来控制试验金具的冷却时间，方便顺利开展试验。本发明的实施方式，为输电工程户外通流金具的设计和维护提供了可靠的依据。

优选地，试验方法100从步骤101开始。步骤101，搭建用于输电工程户外通电流金具进行热震试验的平台，搭建试验平台包括：建立包括引流板、试验金具的试验回路。建立冰水喷淋组件；并对试验回路、冰水喷淋组件进行调试。优选地，对试验金具进行表面处理，采用砂纸打磨去除表面污秽和氧化层，并用有机溶剂清洗打磨后的表面并擦净吹干。试验金具与引流板的连接处涂覆导电膏，试验金具与引流板采用螺栓连接，导电膏选用化学及温度稳定性好的导电膏。在试验开始前，对试验回路进行通流调试，确定电压、电流、温度、相位角、频率等运行参数保持正常状态。试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种。测量试验金具的初始电阻值，并通过公式(1)获取初始换算电阻值，

$R_{20}=\frac{R_T}{1+{\mathrm{\α}}_{20}(T-20)}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_T表示初始电阻值(Ω)，T表示测量电阻时试验金具的温度(℃)，α₂₀表示电阻温度系数，对于铜或铝，α₂₀取4×10^-3/℃，对于铝合金，α₂₀取3.6×10^-3/℃，R₂₀表示初始换算电阻值(Ω)；喷淋组件包括冰水槽、进水管、喷淋管、出水管、试验水槽、试验支撑架、抽水泵。冰水槽内连接进水管和出水管，冰水混合物循环使用并且可继续添加冰水混合物至冰水槽，冰水槽内冰水混合物温度变化不超过1℃。试验前，对喷淋组件进行调试，确定进水管、出水管和喷淋管的通畅，并保证喷淋速度、喷淋范围保持正常状态。试验金具放置于喷淋组件中试验水槽中央靠上部，试验金具不与试验水槽相接触，并且试验金具与喷淋组件中的装置需要采用必要的绝缘布置，以保证喷淋组件的装置与试验金具绝缘。同时，在试验回路布置时，为便于试验，应使试验金具在试验回路中所其他连接件保持一定的距离。试验所处的环境在温度范围15至30℃的不通风环境下进行。在试验金具表面、进水管、出水管、试验水槽、冰水槽中安装测温装置。

优选地，在步骤102，实施热震试验，热震试验包括：通过试验回路对试验金具进行通流加热，试验金具温度均匀恒定后，进行断流冷却；通过喷淋组件向试验金具喷淋冰水混合物，使得试验金具快速冷却；热震试验重复进行10次。实施本发明实施方式的试验时，对试验金具进行通流加热，电流大小由试验金具的电流密度设计值而定。通流加热后试验金具温度均匀恒定后，需要将温度均匀恒定的状态保持50分钟。向喷淋组件中的冰水槽是加入冰水混合物，冰块颗粒应均匀。冰水槽的储水量应能供给至少一次热震循环中的冰水混合物用量。在对试验金具进行断流冷却时，在抽水泵的作用下，进水管吸入冰水混合物，冰水混合物通过喷淋管持续、均匀地喷淋于试验金具表面，使试验金具快速冷却，冷却时间为10分钟。冷却试验金具的冰水混合物流入试验水槽中，通过出水管，流入冰水槽。本发明实施方式采用测温装置分别监测水槽进水口和出水口的水温，使快速冷却过程结束时水槽进水口和出水口的水温相差不超过1℃。本发明的实施方式，可以通过调整喷淋冰水混合物的流量，控制试验金具的冷却速度。在经过10次热震循环后，将试验金具表面吹干，测量冷却后的试验金具电阻值，并通过公式(1)获取换算电阻值，采用超声无损检测方法检测试验金具表面是否出现裂纹。每次热震循环包括对试验回路的通流加热和对试验金具切断电流的喷淋冷却过程。

在步骤103，对热震试验结果进行分析，如果检测到试验金具表面出现明显裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，换算电阻值与初始换算电阻值的比值大于1.5，则停止试验。前一次试验对应的热震循环次数即为试验金具的热震寿命。如果试验金具表面没有裂纹，并且换算电阻值与初始换算电阻值的比值小于1.5，则继续进行试验，直至试验金具的热震次数达到规定的100次，停止试验。如果试验金具的热震寿命高于规定次数，则判定该试验金具具有较高的抗热疲劳性能和良好的环境适应性，能够应用于户外冷热交替变换的环境。如果试验金具的热震寿命低于规定次数，则判定该试验金具的抗热疲劳性能不符合设计要求。

如图2所示，根据本发明的另一实施方式，本发明提供一种系统200，优选地，系统包括：试验单元201，试验单元201包括：试验回路，试验回路包括引流板、试验金具；试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种；测试试验金具的初始电阻值，并通过公式(1)获取初始换算电阻值，

$R_{20}=\frac{R_T}{1+{\mathrm{\α}}_{20}(T-20)}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_T表示初始电阻值(Ω)，T表示测量电阻时试验金具的温度(℃)，α₂₀表示电阻温度系数，对于铜或铝，α₂₀取4×10^-3/℃，对于铝合金，α₂₀取3.6×10^-3/℃，R₂₀表示初始换算电阻值(Ω)；冰水喷淋组件；并对试验回路、冰水喷淋组件进行调试。优选地，试验单元用于实施热震试验，热震试验包括：通过试验回路对试验金具进行通流加热，试验金具温度均匀恒定后，进行断流冷却；通过喷淋组件向试验金具喷淋冰水混合物，使得试验金具快速冷却；热震试验重复进行10次；测量冷却后的试验金具电阻值，并通过公式(1)获取换算电阻值，采用超声无损检测方法检测试验金具表面是否出现裂纹。优选地，热震试验结果分析单元202，如果检测到试验金具表面出现明显裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，换算电阻值与初始换算电阻值的比值大于1.5，则停止试验；否则，继续实施热震试验，最多重复进行100次。

优选地，搭建试验平台还包括：对试验金具进行表面处理，采用砂纸打磨去除表面污秽和氧化层，并用有机溶剂清洗打磨后的表面并擦净吹干。

优选地，喷淋组件包括冰水槽、进水管、喷淋管、出水管、试验水槽、试验支撑架、抽水泵；在冰水槽内加入冰水混合物，冰水槽内冰水混合物的容量至少满足一次热震试验；冰水槽内连接进水管和出水管，冰水混合物循环使用并且可继续添加冰水混合物至冰水槽，冰水槽内冰水混合物温度变化不超过1℃。

优选地，试验金具与引流板的连接处涂覆导电膏，试验金具与引流板采用螺栓连接；试验金具放置于喷淋组件中试验水槽中央靠上部，试验金具不与试验水槽相接触。

优选地，在试验金具表面、进水管、出水管、试验水槽、冰水槽中安装测温装置。

优选地，实施热震试验过程中，试验金具温度均匀恒定后，需要将温度均匀恒定的状态保持50分钟。

优选地，实施热震试验过程中，通过喷淋组件向试验金具喷淋冰水混合物，使得试验金具快速冷却，冷却时间控制为10分钟。快速冷却过程结束时进水管和出水管内水温相差不超过1℃。根据试验金具达到完全冷却所需要的时间，控制喷淋组件向试验金具喷淋冰水混合物的流量。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种用于输电工程户外通电流金具的热震试验的方法，所述方法包括：

搭建试验平台，所述搭建试验平台包括：建立包括引流板、试验金具的试验回路；所述试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种；测量所述试验金具的初始电阻值，并通过公式(1)获取初始换算电阻值，

$R_{20}=\frac{R_T}{1+{\mathrm{\α}}_{20}(T-20)}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_T表示初始电阻值(Ω)，T表示测量电阻时试验金具的温度(℃)，α₂₀表示电阻温度系数，其中对于铜或铝，α₂₀取4×10^-3/℃，对于铝合金，α₂₀取3.6×10^-3/℃，R₂₀表示初始换算电阻值(Ω)；建立冰水喷淋组件；并对所述试验回路、冰水喷淋组件进行调试；

实施热震试验，所述热震试验包括：通过所述试验回路对所述试验金具进行通流加热，所述试验金具温度均匀恒定后，进行断流冷却；通过所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物，使得所述试验金具快速冷却；所述热震试验重复进行10次；测量所述冷却后的试验金具电阻值，并通过公式(1)获取换算电阻值，采用超声无损检测方法检测所述试验金具表面是否出现裂纹；

如果试验金具表面出现裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，所述换算电阻值与所述初始换算电阻值的比值大于1.5，则停止试验；否则，继续实施热震试验，最多重复进行100次。

2.根据权利要求1所述的方法，所述搭建试验平台还包括：对所述试验金具进行表面处理，采用砂纸打磨去除表面污秽和氧化层，并用有机溶剂清洗打磨后的表面并擦净吹干。

3.根据权利要求1所述的方法，所述喷淋组件包括冰水槽、进水管、喷淋管、出水管、试验水槽、试验支撑架以及抽水泵；在所述冰水槽内加入冰水混合物，所述冰水槽内冰水混合物的容量至少满足一次热震试验；所述冰水槽内连接所述进水管和所述出水管，所述冰水混合物循环使用并且可继续添加冰水混合物至所述冰水槽，所述冰水槽内冰水混合物温度变化不超过1℃，所述试验金具快速冷却过程结束时所述进水管和所述出水管内水温相差不超过1℃。

4.根据权利要求3所述的方法，所述试验金具与所述引流板的连接处涂覆导电膏，所述试验金具与所述引流板采用螺栓连接；所述试验金具放置于所述喷淋组件中试验水槽中央靠上部位，所述试验金具不与所述试验水槽相接触。

5.根据权利要求3所述的方法，在所述试验金具表面、进水管、出水管、试验水槽以及冰水槽中安装测温装置。

6.根据权利要求1所述的方法，所述实施热震试验过程中，试验金具温度均匀恒定后，需要将温度均匀恒定的状态保持50分钟。

7.根据权利要求1所述的方法，所述实施热震试验过程中，通过所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物，使得所述试验金具快速冷却，冷却时间控制为10分钟；快速冷却过程结束时所述进水管和所述出水管内水温相差不超过1℃；根据所述试验金具达到完全冷却所需要的时间，控制所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物的流量。

8.一种用于输电工程户外通电流金具进行热震试验的系统，所述系统包括：

试验单元，所述试验单元包括：试验回路，所述试验回路包括引流板、试验金具；所述试验金具的材料为铜、铝或铝合金中的一种；测试所述试验金具的初始电阻值，并通过公式(1)获取初始换算电阻值，

$R_{20}=\frac{R_T}{1+{\mathrm{\α}}_{20}(T-20)}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_T表示初始电阻值(Ω)，T表示测量电阻时试验金具的温度(℃)，α₂₀表示电阻温度系数，对于铜或铝，α₂₀取4×10^-3/℃，对于铝合金，α₂₀取3.6×10^-3/℃，R₂₀表示初始换算电阻值(Ω)；冰水喷淋组件；并对所述试验回路、冰水喷淋组件进行调试；

所述试验单元用于实施热震试验，所述热震试验包括：通过所述试验回路对所述试验金具进行通流加热，所述试验金具温度均匀恒定后，进行断流冷却；通过所述喷淋组件向所述试验金具喷淋冰水混合物，使得所述试验金具快速冷却；所述热震试验重复进行10次；测量所述冷却后的试验金具电阻值，并通过公式(1)获取换算电阻值，采用超声无损检测方法检测所述试验金具表面是否出现裂纹；

热震试验结果分析单元，如果所述试验金具表面出现裂纹，或者将换算电阻值与初始换算电阻值进行比较，所述换算电阻值与所述初始换算电阻值比值大于1.5，则停止试验；否则，继续实施热震试验，最多重复进行100次。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，对所述试验金具进行表面处理，采用砂纸打磨去除表面污秽和氧化层，并用有机溶剂清洗打磨后的表面并擦净吹干。

10.根据权利要求8所述的系统，所述喷淋组件包括冰水槽、进水管、喷淋管、出水管、试验水槽、试验支撑架以及抽水泵；在所述冰水槽内加入冰水混合物，所述冰水槽内冰水混合物的容量至少满足一次热震试验；所述冰水槽内连接所述进水管和所述出水管，所述冰水混合物循环使用并且可继续添加冰水混合物至所述冰水槽，所述冰水槽内冰水混合物温度变化不超过1℃。