CN115950765B - 一种gis盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法，属于绝缘子应力检测技术领域；解决了现有盆式绝缘子环氧部件剪应力强度无法检测的问题；包括盆式绝缘子环氧部件固定平台和应力激励系统，盆式绝缘子环氧部件固定平台上设置有尺寸可调的环氧部件卡槽；应力激励系统包括应力激励系统控制器、应力激励系统控制平台、施力拐臂、垫块，应力激励系统控制器通过控制光纤对应力激励系统控制平台进行应力激励的施加和控制，施力拐臂固定在应力激励系统控制平台上的滑动轨道上，施力拐臂的活动端固定有垫块，垫块与环氧部件的一侧直接接触，环氧部件的另一侧设置有多个应力应变传感器；本发明应用于GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测。

Description

一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法

技术领域

本发明提供了一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法，属于绝缘子应力检测技术领域。

背景技术

封闭式气体绝缘组合电器(简称GIS)由于其结构紧凑、占地面积小、可靠性高、绝缘性能良好的优点，被广泛应用于电力系统中。盆式绝缘子对于GIS来说不仅是重要的绝缘部件，同时还起到支撑、隔离、传动的作用，其机械性能的好坏直接决定了GIS的运行可靠性。

盆式绝缘子的结构有两种，一种为纯环氧材料盆式绝缘子，另一种为环氧部件外侧带有金属法兰的盆式绝缘子。在GIS出现的各类事故中，由于盆式绝缘子与GIS罐体的连接部位进水、温湿度变化等因素造成盆式绝缘子环氧部件表面受力不均而导致的破裂故障占绝大多数，其本质原因为是该盆式绝缘子环氧部件的剪应力强度不足，因此对盆式绝缘子环氧部件进行剪应力强度检测是非常有必要的。

目前针对环氧部件的力学性能检测，仅在出厂时对其进行水压试验。水压试验是将环氧部件固定在特定的试验台上，对其中一个面施加均匀的水压，检测其可以承受的极限破坏应力。水压试验只能检验环氧部件表面承受均匀应力的能力，并不能判断环氧部件表面受到不均匀应力时的承载力，即剪应力强度。因此，为找出环氧部件在结构设计、生产工艺等环节的薄弱点，从而保证入网盆式绝缘子的质量，对环氧部件剪应力强度的准确掌握是提高GIS设备运行可靠性的重要手段。

发明内容

本发明为了解决现有盆式绝缘子环氧部件剪应力强度无法检测的问题，提出了一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统，包括盆式绝缘子环氧部件固定平台和应力激励系统，所述盆式绝缘子环氧部件固定平台上设置有尺寸可调的环氧部件卡槽，所述环氧部件卡槽将环氧部件固定在盆式绝缘子环氧部件固定平台上；

所述应力激励系统包括应力激励系统控制器、应力激励系统控制平台、施力拐臂、垫块，其中应力激励系统控制器通过控制光纤与应力激励系统控制平台连接，并通过控制光纤对应力激励系统控制平台进行应力激励的施加和控制，所述施力拐臂固定在应力激励系统控制平台上的滑动轨道上，所述施力拐臂的活动端固定有垫块，所述垫块与环氧部件的一侧直接接触，所述环氧部件的另一侧设置有多个应力应变传感器，多个应力应变传感器分别通过信号传输线与信号适配器相连，所述信号适配器通过导线与环氧部件剪应力分析及管理系统相连。

所述环氧部件安装在环氧部件卡槽内的固定尺寸不小于环氧部件直径的三分之一，不大于环氧部件直径的二分之一。

所述应力应变传感器根据环氧部件的尺寸和形状进行布置，对于单相盆式绝缘子的环氧部件采用45°分布，传感器间距为5cm；对于三相盆式绝缘子的环氧部件采用60°分布，传感器间距为5cm。

所述应力应变传感器具体采用双向应力应变片，能够同时测量测点位置径向的应力应变和轴向的应力应变。

所述应力激励系统控制器能够设置应力施加的初始值、应力梯度和应力阈值。

所述垫块与环氧部件的接触面积能够根据不同盆式绝缘子环氧部件的形状尺寸进行调节。

一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，采用GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统，包括如下步骤：

S1：将被检测的环氧部件安装在环氧部件固定平台的环氧部件卡槽内，保证应力激励方向垂直于被检测的环氧部件，同时环氧部件的固定尺寸不小于环氧部件直径的三分之一，不大于环氧部件直径的二分之一；

S2：根据被检测的环氧部件的尺寸和形状布置应力应变传感器；

S3：调整施力拐臂在应力激励系统控制平台上的位置，使垫块与固定好的被检测的环氧部件直接接触；

S4：启动应力激励系统控制器，设置被检测的环氧部件上施加的应力初始值、应力梯度和应力阈值；

S5：多个应力应变传感器通过多路信号传输线，并经过信号适配器将环氧部件剪应力强度信息传输到环氧部件剪应力分析及管理系统；

S6：环氧部件剪应力分析及管理系统根据环氧部件应力应变数据及如下公式计算被检测的环氧部件的剪切模量G：

；

；

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上式中：σ _r、σ _θ分别为径向和轴向的施加应力；ε _r、ε _θ分别为径向和轴向的应变；E为被检测的环氧部件的杨氏模量；υ为被检测的环氧部件的杨氏模量的泊松比；G为被检测的环氧部件的剪切模量；

根据上述计算结果对被检测的环氧部件剪应力强度进行判断。

所述步骤S2中应力应变传感器的布置规则如下：

对于单相盆式绝缘子的环氧部件采用45°分布，传感器间距为5cm；对于三相盆式绝缘子的环氧部件采用60°分布，传感器间距为5cm的布置原则。

所述被检测的环氧部件剪应力强度的判断原则如下：

（1）若被检测的环氧部件在应力施加过程中发生破损，则被检测的环氧部件剪应力强度不合格；

（2）若被检测的环氧部件在应力施加过程中未发生破损，则通过环氧部件剪应力分析及管理系统中各应力应变传感器处的剪切模量最小值G _min进行判断：

①若G _min<8GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度不合格；

②若8GPa≤G _min<10GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度合格；

③若10GPa≤G _min<12GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度良好；

④若G _min≥12GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度优秀。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统及方法可以对环氧部件的剪应力强度进行检测和研判，对环氧部件施加垂直方向的剪应力，最后根据环氧部件是否破裂及剪切模量数值，准确判断环氧部件剪应力强度，实现盆式绝缘子在投入运行前的质量评估，从而提高GIS设备运行可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为单相盆式绝缘子环氧部件应力应变传感器布置的示意图；

图3为三相盆式绝缘子环氧部件应力应变传感器布置的示意图；

图中：1为盆式绝缘子环氧部件固定平台、2为应力激励系统控制器、3为控制光纤、4为应力激励系统控制平台、5为施力拐臂、6为垫块、7为环氧部件、8为应力应变传感器、9为信号传输线、10为信号适配器、11为环氧部件剪应力分析及管理系统。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明提供了一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统，针对不同电压等级、不同型号的盆式绝缘子环氧部件设置了安装尺寸可调的盆式绝缘子环氧部件固定平台1。将环氧部件7固定在盆式绝缘子环氧部件固定平台1上，将其一侧与应力激励系统的触头即垫块6相接触，并在另一侧布置一定数量的采用双向应力应变片的应力应变传感器8，可同时测量测点位置径向的应力应变和轴向的应力应变。应力激励系统根据应力激励系统控制器2设定对检测环氧部件7施加持续应力，直至应力激励达到预设应力值，并保持5分钟。在此过程中，应力应变传感器8通过信号适配器9将数据信号传输到环氧部件剪应力分析及管理系统11进行环氧部件7的剪应力强度分析。环氧部件剪应力分析及管理系统11具有数据保持功能，能够记录环氧部件7在检测过程中的应力应变数据。

参见图1，本发明提出的GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统包括盆式绝缘子环氧部件固定平台1，应力激励系统控制器2，控制光纤3，应力激励系统控制平台4，施力拐臂5，垫块6，环氧部件7，应力应变传感器8，信号传输线9，信号适配器10，环氧部件剪应力分析及管理系统11。其中盆式绝缘子环氧部件固定平台1具有尺寸可调、固定可靠的环氧部件卡槽及固定装置，满足各种不同形状、尺寸的环氧部件7。

其中应力激励系统控制器2、控制光纤3、应力激励系统控制平台4、施力拐臂5与垫块6组成应力激励系统。应力激励系统控制器2与应力激励系统控制平台4连接，并通过控制光纤3对应力激励系统控制平台4进行应力激励的施加和控制。应力激励系统控制平台4上的施力拐臂5可以通过滑动轨道移动。垫块6与环氧部件7的接触面积可以调节，以满足不同盆式绝缘子环氧部件的形状尺寸要求。

应力激励系统控制器2可以设置对被检测的环氧部件7施加的应力初始值、应力梯度和应力阈值。若无特殊要求，一般对环氧部件7的应力施加函数为P=0.4T，P的单位为MPa（兆帕），T的单位为min（分钟）。若P达到2MPa，保持5min。

本发明还提出一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，主要步骤如下：

将被检测的环氧部件7安装在环氧部件固定平台1的环氧部件卡槽内，保证应力激励方向垂直于被检环氧部件，同时环氧部件7的固定尺寸不小于其直径的三分之一，不大于其直径的二分之一。

根据环氧部件7的尺寸和形状布置应力应变传感器8，并按照以下原则进行：针对单相盆式绝缘子的环氧部件采用45°分布，传感器间距为5cm，如图2所示；对于三相盆式绝缘子的环氧部件采用60°分布，传感器间距为5cm，如图3所示。

通过应力激励系统控制器2对被检测的环氧部件7施加应力初始值、应力梯度和应力阈值。

应力应变传感器8通过信号传输线9，并经过信号适配器10将环氧部件剪应力强度信息传输到环氧部件剪应力分析及管理系统11。

根据环氧部件应力应变数据及下列公式计算被检环氧部件的剪切模量G：

；

；

；

上式中：σ _r、σ _θ分别为径向和轴向的施加应力；ε _r、ε _θ分别为径向和轴向的应变；E为被检测的环氧部件的杨氏模量；υ为被检测的环氧部件的杨氏模量的泊松比；G为被检测的环氧部件的剪切模量。

环氧部件剪应力强度判断原则：

（1）若被检测的环氧部件7在应力施加过程中发生破损，则该环氧部件剪应力强度不合格。

（2）若被检测的环氧部件7在应力施加过程中未发生破损，则通过环氧部件剪应力分析及管理系统11中各应力应变传感器8处的剪切模量最小值G _min进行判断：

①若G _min<8GPa，则该环氧部件剪应力强度不合格；

②若8GPa≤G _min<10GPa，则该环氧部件剪应力强度合格；

③若10GPa≤G _min<12GPa，则该环氧部件剪应力强度良好；

④若G _min≥12GPa，则该环氧部件剪应力强度优秀。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，采用GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测系统，所述系统包括盆式绝缘子环氧部件固定平台和应力激励系统，所述盆式绝缘子环氧部件固定平台上设置有尺寸可调的环氧部件卡槽，所述环氧部件卡槽将环氧部件固定在盆式绝缘子环氧部件固定平台上；

所述应力激励系统包括应力激励系统控制器、应力激励系统控制平台、施力拐臂、垫块，其中应力激励系统控制器通过控制光纤与应力激励系统控制平台连接，并通过控制光纤对应力激励系统控制平台进行应力激励的施加和控制，所述施力拐臂固定在应力激励系统控制平台上的滑动轨道上，所述施力拐臂的活动端固定有垫块，所述垫块与环氧部件的一侧直接接触，所述环氧部件的另一侧设置有多个应力应变传感器，多个应力应变传感器分别通过信号传输线与信号适配器相连，所述信号适配器通过导线与环氧部件剪应力分析及管理系统相连；

其特征在于：包括如下步骤：

S1：将被检测的环氧部件安装在环氧部件固定平台的环氧部件卡槽内，保证应力激励方向垂直于被检测的环氧部件，同时环氧部件的固定尺寸不小于环氧部件直径的三分之一，不大于环氧部件直径的二分之一；

S2：根据被检测的环氧部件的尺寸和形状布置应力应变传感器；

S3：调整施力拐臂在应力激励系统控制平台上的位置，使垫块与固定好的被检测的环氧部件直接接触；

S4：启动应力激励系统控制器，设置被检测的环氧部件上施加的应力初始值、应力梯度和应力阈值；

S5：多个应力应变传感器通过多路信号传输线，并经过信号适配器将环氧部件剪应力强度信息传输到环氧部件剪应力分析及管理系统；

S6：环氧部件剪应力分析及管理系统根据环氧部件应力应变数据及如下公式计算被检测的环氧部件的剪切模量G：

；

；

；

上式中：σ _r、σ _θ分别为径向和轴向的施加应力；ε _r、ε _θ分别为径向和轴向的应变；E为被检测的环氧部件的杨氏模量；υ为被检测的环氧部件的杨氏模量的泊松比；G为被检测的环氧部件的剪切模量；

根据上述计算结果对被检测的环氧部件剪应力强度进行判断。

2.根据权利要求1所述的一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，其特征在于：所述步骤S2中应力应变传感器的布置规则如下：

对于单相盆式绝缘子的环氧部件采用45°分布，传感器间距为5cm；对于三相盆式绝缘子的环氧部件采用60°分布，传感器间距为5cm的布置原则。

3.根据权利要求2所述的一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，其特征在于：所述被检测的环氧部件剪应力强度的判断原则如下：

（1）若被检测的环氧部件在应力施加过程中发生破损，则被检测的环氧部件剪应力强度不合格；

（2）若被检测的环氧部件在应力施加过程中未发生破损，则通过环氧部件剪应力分析及管理系统中各应力应变传感器处的剪切模量最小值G _min进行判断：

①若G _min<8GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度不合格；

②若8GPa≤G _min<10GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度合格；

③若10GPa≤G _min<12GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度良好；

④若G _min≥12GPa，则被检测的环氧部件剪应力强度优秀。

4.根据权利要求2所述的一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，其特征在于：所述应力应变传感器具体采用双向应力应变片，能够同时测量测点位置径向的应力应变和轴向的应力应变。

5.根据权利要求1所述的一种GIS盆式绝缘子环氧部件剪应力强度检测方法，其特征在于：所述垫块与环氧部件的接触面积能够根据不同盆式绝缘子环氧部件的形状尺寸进行调节。

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