CN110082626B - 防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法 - Google Patents

防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，包括设定防雷防冰复合绝缘子的机械负荷；在对防雷防冰复合绝缘子施加机械负荷时进行短路电流试验；判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能；对防雷防冰复合绝缘子的防爆性能进行评估。本发明试验过程设置有效模拟了绝缘子运行中所承受的负荷情况，提升了防爆试验的真实性；试验判据加入了学性能和耐受电压性能判据条件，真实反映了防雷防冰复合绝缘子的性能要求，判断依据更为合理，提高了试验的说服力；通过极限工频耐受和机械耐受性能对不同防爆结构的防雷防冰复合绝缘子进行评估，分析不同结构的防爆性能，因此本发明方法能够科学、可靠和方便地评估该类防雷防冰复合绝缘子的防爆性能。

Description

防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法
技术领域
本发明具体涉及一种防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法。
背景技术
线路避雷器在电力系统中得到了广泛的应用，多采用带间隙避雷器。带间隙避雷器分为2种：纯空气间隙避雷器和带固定间隙避雷器。纯空气间隙避雷器只能垂直安装，根据安装位置和杆塔形状的不同需要增加辅助工装，安装结构较为复杂。带固定间隙避雷器为斜拉状，正常运行中绝缘子支撑受力，因此避雷器设计中受力分析考虑较小。在自重和风摆的弯曲力作用下，固定间隙容易出现变形，导致间隙尺寸发生变化。并且现有避雷器没有采用防冰闪伞群设计，覆冰情况下绝缘性能显著下降。覆冰过后避雷器重量增大，风偏作用下避雷器受力增加，可能导致内部密封破坏，影响避雷器稳定运行。
针对上述问题，发明专利ZL201010171556.9等相关专利提出了一种防雷防冰复合绝缘子结构：该绝缘子既可防雷亦可防冰闪，且应安装简便，无需改变杆塔原结构，从而可以节省设备选型和电网建设的开支。由于该绝缘子即是绝缘子也是避雷器，因此其性能需要同时满足绝缘子与避雷器的参数要求。避雷器在通过承受能力以外的大电流冲击下，可能出现电阻片爆裂、整体结构损坏，但由于避雷器无需承担线路的受力，因此结构上受力设计较小。现有的避雷器短路试验，可以验证在大电流破坏下避雷器的防爆性能。但防雷防冰复合绝缘子需要承受线路的受力，同时起到线路绝缘作用，因此其性能要求更为苛刻。
但是，目前的试验方法和判别依据，均没有针对该类型防雷防冰复合绝缘子进行设计，因此按照现有的试验评估方法无法涉及避雷器的力学性能分析和结构的绝缘性能，因此也无法指导防雷防冰复合绝缘子的现场应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对该类防雷防冰复合绝缘子所设计、而且科学、可靠和方便的防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法。
本发明提供的这种防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，包括如下步骤：
S1.根据线路参数设定防雷防冰复合绝缘子的机械负荷；
S2.根据步骤S1设定的机械负荷，对防雷防冰复合绝缘子施加机械负荷；
S3.对加载了步骤S2所述的机械负荷的防雷防冰复合绝缘子，进行短路电流试验；
S4.根据步骤S3的试验过程，判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能；
S5.根据步骤S3的试验结果，对防雷防冰复合绝缘子的防爆性能进行评估。
步骤S1所述的根据线路参数设定防雷防冰复合绝缘子的机械负荷，具体为采用如下算式计算防雷防冰复合绝缘子的机械负荷：
Wx＝α·μs·d·Lw·Wo
Wv＝Lw·m·g+9.8×0.9π·δ(δ+d1)·Lw
式中Wx为防雷防冰复合绝缘子所受到的最大水平载荷，α为风荷载档距系数，μs为风荷载体型系数，d为导线覆冰后的计算外径，Lw为水平档距，Wo为基准风压标准值且
Figure BDA0002078613910000021
ρ为空气密度，v风速，Wv为防雷防冰复合绝缘子所受到的垂直载荷，m为单位长度导线质量，g为重力加速度，δ为覆冰厚度，d1为无覆冰时导线外径。
步骤S2所述的对防雷防冰复合绝缘子施加机械负荷，具体为根据步骤S1计算得到的防雷防冰复合绝缘子的机械负荷，对防雷防冰复合绝缘子在水平方向加载对应的负荷，在垂直方向加载对应的负荷，从而整体施加机械负荷。
步骤S3所述的进行短路电流试验，具体为根据国标GB11032-2010的要求，对不同电压等级下的防雷防冰复合绝缘子进行短路电流试验。
步骤S4所述的判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能，具体为按照如下规则判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能：
规则1：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子无强烈的粉碎性爆炸；所述的强烈的粉碎性爆炸定义为：爆炸后，被测防雷防冰复合绝缘子的机械结构完整性低于50％。
规则2：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子所飞出的部件不超过规定区域；所述飞出的部件不包括：小于60g的瓷材料碎片、压力释放盖板和防爆膜和复合材料的柔软部件，所述的“柔软”定义为：部件的邵氏硬度A低于86度、邵氏硬度C低于65度或邵氏硬度D低于38度)；规定区域为：以被测防雷防冰复合绝缘子所在位置为中心，以D为半径的圆形区域，D＝1.2*(2*H+Darr)，H为防雷防冰复合绝缘子高度，Darr为防雷防冰复合绝缘子直径；
规则3：在施加机械负荷条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子在试验后2min内自动熄灭明火；
规则4：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验后，保持施加的机械负荷不变且持续96小时，被测防雷防冰复合绝缘子不出现结构损坏而导致施加的负荷跌落；
规则5：按照标准DL815-2012对整支防雷防冰复合绝缘子进行工频湿耐受测试，且试验符合标准设定的要求；
规则6：在进行试验时，被测防雷防冰复合绝缘子同时满足规则1～规则5，则认定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能达到要求。
步骤S5所述的对防雷防冰复合绝缘子的防爆性能进行评估，具体为采用如下步骤进行评估：
A.在步骤S2进行机械负荷试验和步骤S3进行短路电流试验时，获取被测防雷防冰复合绝缘子的极限工频耐受电压和极限机械耐受负荷；
B.采用如下算式计算被测防雷防冰复合绝缘子的第一防爆系数k1和第二防爆系数k2：
Figure BDA0002078613910000041
Figure BDA0002078613910000042
式中Umax为极限工频耐受电压，U0为工频额定电压，gmax为极限机械耐受负荷，g0为额定负荷；
C.采用如下算式计算被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆系数k：
k＝N1*k1+N2*k2
式中N1和N2和权重系数且N1+N2＝1。
D.被测防雷防冰复合绝缘子的第一防爆系数k1越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的电气防爆性能越好；
被测防雷防冰复合绝缘子的第二防爆系数k2越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的机械防爆性能越好；
被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆系数k越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆性能越好。
本发明提供的这种防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，其试验的过程设置有效模拟了绝缘子运行中所承受的负荷情况，提升了防爆试验的真实性；试验判据加入了力学性能判据条件和耐受电压性能判据条件，真实反映了防雷防冰复合绝缘子为绝缘子与避雷器一体化的性能要求，判断依据更为合理，提高了试验的说服力；通过极限工频耐受和机械耐受性能对不同防爆结构的防雷防冰复合绝缘子进行评估，分析不同结构的防爆性能，因此本发明方法针对该类防雷防冰复合绝缘子所设计，并且能够科学、可靠和方便地评估该类防雷防冰复合绝缘子的防爆性能。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，包括如下步骤：
S1.根据线路参数设定防雷防冰复合绝缘子的机械负荷；具体为采用如下算式计算防雷防冰复合绝缘子的机械负荷：
Wx＝α·μs·d·Lw·Wo
Wv＝Lw·m·g+9.8×0.9π·δ(δ+d1)·Lw
式中Wx为防雷防冰复合绝缘子所受到的最大水平载荷，α为风荷载档距系数，μs为风荷载体型系数，d为导线覆冰后的计算外径，Lw为水平档距，Wo为基准风压标准值且
Figure BDA0002078613910000051
ρ为空气密度，v风速，Wv为防雷防冰复合绝缘子所受到的垂直载荷，m为单位长度导线质量，g为重力加速度，δ为覆冰厚度，d1为无覆冰时导线外径；
S2.根据步骤S1设定的机械负荷，对防雷防冰复合绝缘子施加机械负荷；具体为根据步骤S1计算得到的防雷防冰复合绝缘子的机械负荷，对防雷防冰复合绝缘子在水平方向加载对应的负荷，在垂直方向加载对应的负荷，从而整体施加机械负荷；
在具体实施时，垂直载荷通过同等质量的重物进行模拟；水平载荷可以通过力学传动装置(比如专利ZL201680072607.8中所述的传动装置进行水平载荷的加载)施加到防雷防冰复合绝缘子上；
S3.对加载了步骤S2所述的机械负荷的防雷防冰复合绝缘子，再进行短路电流试验；具体为根据国标GB11032-2010的要求，对不同电压等级下的防雷防冰复合绝缘子进行短路电流试验；
S4.根据步骤S3的试验过程，判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能；具体为按照如下规则判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能：
规则1：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子无强烈的粉碎性爆炸；所述的强烈的粉碎性爆炸定义为：爆炸后，被测防雷防冰复合绝缘子的机械结构完整性低于50％。
规则2：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子所飞出的部件不超过规定区域；所述飞出的部件不包括：小于60g的瓷材料碎片、压力释放盖板和防爆膜和复合材料的柔软部件，所述的“柔软”定义为：部件的邵氏硬度A低于86度、邵氏硬度C低于65度或邵氏硬度D低于38度)；规定区域为：以被测防雷防冰复合绝缘子所在位置为中心，以D为半径的圆形区域，D＝1.2*(2*H+Darr)，H为防雷防冰复合绝缘子高度，Darr为防雷防冰复合绝缘子直径；
规则3：在施加机械负荷条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子在试验后2min内自动熄灭明火；
规则4：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验后，保持施加的机械负荷不变且持续96小时，被测防雷防冰复合绝缘子不出现结构损坏而导致施加的负荷跌落；
规则5：按照标准DL815-2012对整支防雷防冰复合绝缘子进行工频湿耐受测试，且试验符合标准设定的要求；
规则6：在进行试验时，被测防雷防冰复合绝缘子同时满足规则1～规则5，则认定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能达到要求；
S5.对防雷防冰复合绝缘子的防爆性能进行评估；具体为采用如下步骤进行评估：
A.在步骤S3进行短路电流试验后，再进行机械负荷加载的试验和工频击穿试验，获取被测防雷防冰复合绝缘子的极限工频耐受电压和极限机械耐受负荷；
该极限机械耐受负荷，对于悬式绝缘子为拉伸破坏负荷，对于柱式绝缘子为抗弯曲破坏负荷；
B.采用如下算式计算被测防雷防冰复合绝缘子的第一防爆系数k1和第二防爆系数k2：
Figure BDA0002078613910000071
Figure BDA0002078613910000081
式中Umax为极限工频耐受电压，U0为工频额定电压，gmax为极限机械耐受负荷，g0为额定负荷；
C.采用如下算式计算被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆系数k：
k＝N1*k1+N2*k2
式中N1和N2和权重系数且N1+N2＝1。
D.被测防雷防冰复合绝缘子的第一防爆系数k1越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的电气防爆性能越好；
被测防雷防冰复合绝缘子的第二防爆系数k2越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的机械防爆性能越好；
被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆系数k越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆性能越好。

Claims (5)

1.一种防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，包括如下步骤：
S1.根据线路参数设定防雷防冰复合绝缘子的机械负荷；
S2.根据步骤S1设定的机械负荷，对防雷防冰复合绝缘子施加机械负荷；
S3.对加载了步骤S2所述的机械负荷的防雷防冰复合绝缘子，再进行短路电流试验；
S4.根据步骤S3的试验过程，判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能；
S5.根据步骤S3的试验结果，对防雷防冰复合绝缘子的防爆性能进行评估；具体为采用如下步骤进行评估：
A.在步骤S2进行机械负荷试验和步骤S3进行短路电流试验时，获取被测防雷防冰复合绝缘子的极限工频耐受电压和极限机械耐受负荷；
B.采用如下算式计算被测防雷防冰复合绝缘子的第一防爆系数k1和第二防爆系数k2：
Figure FDA0002764513130000011
Figure FDA0002764513130000012
式中Umax为极限工频耐受电压，U0为工频额定电压，gmax为极限机械耐受负荷，g0为额定负荷；
C.采用如下算式计算被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆系数k：
k＝N1*k1+N2*k2
式中N1和N2为权重系数且N1+N2＝1；
D.被测防雷防冰复合绝缘子的第一防爆系数k1越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的电气防爆性能越好；
被测防雷防冰复合绝缘子的第二防爆系数k2越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的机械防爆性能越好；
被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆系数k越高，表明被测防雷防冰复合绝缘子的综合防爆性能越好。
2.根据权利要求1所述的防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，其特征在于步骤S1所述的根据线路参数设定防雷防冰复合绝缘子的机械负荷，具体为采用如下算式计算防雷防冰复合绝缘子的机械负荷：
Wx＝α·μs·d·Lw·Wo
Wv＝Lw·m·g+9.8×0.9π·δ(δ+d1)·Lw
式中Wx为防雷防冰复合绝缘子所受到的最大水平载荷，α为风荷载档距系数，μs为风荷载体型系数，d为导线覆冰后的计算外径，Lw为水平档距，Wo为基准风压标准值且
Figure FDA0002764513130000021
ρ为空气密度，v风速，Wv为防雷防冰复合绝缘子所受到的垂直载荷，m为单位长度导线质量，g为重力加速度，δ为覆冰厚度，d1为无覆冰时导线外径。
3.根据权利要求1所述的防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，其特征在于步骤S2所述的对防雷防冰复合绝缘子施加机械负荷，具体为根据步骤S1计算得到的防雷防冰复合绝缘子的机械负荷，对防雷防冰复合绝缘子在水平方向加载对应的负荷，在垂直方向加载对应的负荷，从而进行机械负荷试验。
4.根据权利要求1所述的防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，其特征在于步骤S3所述的进行短路电流试验，具体为根据国标GB11032-2010的要求，对不同电压等级下的防雷防冰复合绝缘子进行短路电流试验。
5.根据权利要求1～4之一所述的防雷防冰复合绝缘子防爆性能的试验评估方法，其特征在于步骤S4所述的判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能，具体为按照如下规则判定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能：
规则1：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子无强烈的粉碎性爆炸；所述的强烈的粉碎性爆炸定义为：爆炸后，被测防雷防冰复合绝缘子的机械结构完整性低于50％；
规则2：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子所飞出的部件不超过规定区域；所述飞出的部件不包括：小于60g的瓷材料碎片、压力释放盖板和防爆膜和复合材料的柔软部件，所述的“柔软”定义为：部件的邵氏硬度A低于86度、邵氏硬度C低于65度或邵氏硬度D低于38度)；规定区域为：以被测防雷防冰复合绝缘子所在位置为中心，以D为半径的圆形区域，D＝1.2*(2*H+Darr)，H为防雷防冰复合绝缘子高度，Darr为防雷防冰复合绝缘子直径；
规则3：在施加机械负荷条件下进行短路电流试验时，被测防雷防冰复合绝缘子在试验后2min内自动熄灭明火；
规则4：在施加了机械负荷的条件下进行短路电流试验后，保持施加的机械负荷不变且持续96小时，被测防雷防冰复合绝缘子不出现结构损坏而导致施加的负荷跌落；
规则5：按照标准DL815-2012对整支防雷防冰复合绝缘子进行工频湿耐受测试，且试验符合标准设定的要求；
规则6：在进行试验时，被测防雷防冰复合绝缘子同时满足规则1～规则5，则认定防雷防冰复合绝缘子的防爆性能达到要求。
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