CN117110104B - 一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置及方法，该装置包括复合绝缘子固定装置、驱动模块、连接装置、界面老化装置以及控制模块，所述复合绝缘子固定装置用于固定待测复合绝缘子，所述驱动模块通过所述连接装置连接所述界面老化装置，所述界面老化装置固定在待测复合绝缘子的护套上，所述控制模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块由所述控制模块控制，通过所述连接装置驱动所述界面老化装置对待测复合绝缘子的护套施加沿复合绝缘子轴向的作用力。该装置能够对复合绝缘子实际运行中最容易失效的芯棒‑护套界面区域进行疲劳老化试验，得到更准确的测试位置，从而获取更准确的疲劳老化情况评估参数，进而获取更准确的寿命预测。

Description

一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置和方法

技术领域

本发明涉及高电压及外绝缘技术领域，特别是涉及一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置和方法。

背景技术

复合绝缘子因其质量轻、机械强度高、耐污闪性能优异以及维护简单等优点被广泛应用于35kV及以上输电线路中。复合绝缘子由复合材料伞裙、护套和环氧玻璃纤维芯棒所构成，因此在不同复合材料之间存在接触面，即分界面或交界面。芯棒-护套界面即玻璃钢芯棒与硅橡胶护套的交界面，是复合绝缘子的高危界面之一。芯棒和护套共同组成了复合绝缘子的内绝缘，一旦界面存在异常，可能会引发护套或芯棒故障。由于复合绝缘子在导线覆冰、舞动等工况下会受到力的作用，随着机械力的作用，绝缘子的界面会出现疲劳老化。

因此研究复合绝缘子界面的疲劳老化对于电网的安全稳定运行尤为重要。复合绝缘子的机械性能主要靠玻璃纤维芯体来提供，考虑到电力线路中绝缘子的长期运行条件下动态负荷的影响，仅仅考虑静荷载下的试验往往是不够的，同时复合绝缘子在动态载荷作用下的损伤机理也与静载荷作用下的机理不同，现有的复合绝缘子标准力学疲劳试验主要有玻璃纤维芯棒拉-压疲劳、压-压疲劳试验，动载条件下的摇摆疲劳试验和循环载荷试验。拉-压疲劳试验和压-压疲劳试验主要是针对复合绝缘子的芯棒的直条型试样，在不同的应力或应变的水平下，以恒定的应力或应变振幅、应力比或应变比和频率对式样进行应力比小于0（拉-压）或应力比大于１（压-压）的循环加载试验，持续至试样失效，对试验结果进行分析处理绘制应力寿命（S-N）或应变寿命（ε-N）曲线。拉-压疲劳和压-压疲劳试验主要是考察芯棒材料的疲劳失效情况和寿命情况，并未对复合绝缘子的界面疲劳进行研究。摇摆疲劳试验主要是通过摇摆试验装置对于复合绝缘子的针型芯棒以0.65Hz的频率，-200mm-400mm的幅度进行1.2×10⁵次摇摆后检查芯棒有无开裂、表面发白等情况。循环载荷试验是对通过伺服液压机对于固定的整支复合绝缘子以一定的频率按照正弦的方式进行拉伸和挤压。上述所述的实验方法由于施加动态力的作用点都是在金具一侧，因此仅仅是对于复合绝缘子的芯棒进行疲劳老化试验，考察芯棒承受动态机械力后的老化情况，进行寿命预测，并未涉及界面的疲劳老化。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置，能够更准确地进行寿命预测。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置，其特征在于，包括复合绝缘子固定装置、驱动模块、连接装置、界面老化装置以及控制模块，所述复合绝缘子固定装置用于固定待测复合绝缘子，所述驱动模块通过所述连接装置连接所述界面老化装置，所述界面老化装置固定在待测复合绝缘子的护套上，所述控制模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块由所述控制模块控制，通过所述连接装置驱动所述界面老化装置对待测复合绝缘子的护套施加沿复合绝缘子轴向的作用力。

在本发明的一些实施例中，所述驱动模块为液压机。

在本发明的一些实施例中，所述复合绝缘子固定装置包括固定底座与设置在所述固定底座上的固定夹具，所述固定夹具与待测复合绝缘子的金具固定连接，将待测复合绝缘子固定在所述固定底座上。

在本发明的一些实施例中，所述连接装置包括外侧支架，所述界面老化装置包括连接杆和护套固定装置，所述连接杆固定在所述外侧支架上，所述护套固定装置固定在所述连接杆上，待测复合绝缘子的护套固定在所述护套固定装置上。

在本发明的一些实施例中，所述外侧支架包括沿所述待测复合绝缘长度方向设置的滑轨，所述连接杆以位置可调的方式固定在所述滑轨上。

在本发明的一些实施例中，所述滑轨为两根竖直杆，所述竖直杆的两端分别连接顶部和底部的圆环形组件。

在本发明的一些实施例中，所述连接装置还包括分别连接所述外侧支架上端和下端的顶板和底板，所述顶板和所述底板设置有大于待测复合绝缘子的最大伞裙直径的通孔，所述驱动模块连接所述顶板。

在本发明的一些实施例中，所述护套固定装置包括两个半圆形结构，所述两个半圆形结构的两端分别设置有螺栓孔并通过螺栓螺母结构固定在待测复合绝缘子的护套上。

在本发明的一些实施例中，所述控制模块控制所述驱动模块输出的作用力的大小、频率和作用方式。

本发明还提供一种复合绝缘子界面疲劳老化方法，使用所述复合绝缘子界面疲劳老化试验装置进行复合绝缘子的芯棒与护套界面的疲劳老化试验。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过提供一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置，其中，由复合绝缘子固定装置固定待测复合绝缘子，驱动模块通过连接装置连接界面老化装置，界面老化装置固定在待测复合绝缘子的护套上，驱动模块由控制模块控制，通过连接装置驱动界面老化装置对待测复合绝缘子的护套施加沿复合绝缘子轴向的作用力，从而能够对复合绝缘子实际运行中最容易失效的芯棒-护套界面区域进行疲劳老化试验，得到更准确的测试位置，从而获取更准确的疲劳老化情况评估参数，进而获取更准确的寿命预测。

附图说明

图1是本发明实施例1中复合绝缘子界面疲劳老化试验装置结构示意图；

图2是本发明实施例1中连接装置与界面老化装置结构示意图；

图3是本发明实施例1中护套固定装置侧视图；

图4是本发明实施例1中护套固定装置俯视图；

图5是本发明实施例2中复合绝缘子界面疲劳老化方法的流程图。

附图标记如下：

工控机1，液压机2，固定底座3，待测复合绝缘子4，连接装置5，护套固定装置6，顶板7，底板8，连接杆9，滑轨10。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实施例提出了一种复合绝缘子界面疲劳老化方法及装置，通过该方法及装置可以对复合绝缘子实际运行中的芯棒-护套界面区域进行疲劳老化试验，得到疲劳老化情况的直观评估进而进行寿命预测，能够有效地预防在复合绝缘子实际运行时因界面疲劳老化失效引发的电网事故，为电网的安全稳定运行提供参考。

实施例1

为达到上述目的，本实施例提出了一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置，其结构示意图如图1所示。该装置包括复合绝缘子固定装置、驱动模块、连接装置5、界面老化装置以及控制模块，所述复合绝缘子固定装置用于固定待测复合绝缘子4，所述驱动模块通过所述连接装置5连接所述界面老化装置，所述界面老化装置固定在待测复合绝缘子4的护套上，所述控制模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块由所述控制模块控制，通过所述连接装置5驱动所述界面老化装置对待测复合绝缘子4的护套施加沿复合绝缘子4轴向的作用力。

复合绝缘子固定装置包括固定底座3与设置在固定底座3上的固定夹具。固定夹具使用螺母与固定底座3的法兰环相连，使用螺栓结构与待测复合绝缘子4的金具固定连接进行固定，将待测复合绝缘子4固定在所述固定底座3上。液压机2为伺服液压机，液压机2能够对连接装置5施加力的作用，进行界面疲劳老化。固定底座3为一个长方形的框架，顶端为长方形并设置有圆形孔，使得液压机2施加力的一端能够通过圆形孔对连接装置5施加力。固定底座3底端能够与复合绝缘子固定夹具相配合将待测复合绝缘子4固定在底座上。

连接装置5用于连接液压机2与界面老化装置，使复合绝缘子芯棒-护套界面发生疲劳老化，其结构示意图如图2所示。连接装置5包括外侧支架，外侧支架包括沿所述待测复合绝缘子4长度方向设置的滑轨10，滑轨10为所述滑轨为两根竖直杆，连接装置5还包括分别连接所述外侧支架上端和下端的顶板7和底板8，顶板7、底板8、滑轨10三部分为焊接而成的一体装置。顶板7上有螺丝孔，配合螺杆与液压机2底端的连杆相连。顶板7和底板8可以为圆环形，中心圆处设置通孔，直径大于待测复合绝缘子4的最大伞裙直径，保证整个结构能够穿过样品，圆柱形滑轨10的高度为待测复合绝缘子4的四分之三。

界面老化装置由连接杆9和护套固定装置6构成，其结构示意图如图2所示，连接杆9的一端固定在外侧支架的滑轨10上，位置可调，能够实现上下滑动，改变力的作用位置，另一端与由两个半圆形构成的护套固定装置6连接，护套固定装置6的侧视图为图3、俯视图为图4，两个半圆形结构的两端分别设置有螺栓孔，通过两端的螺栓螺母结构固定在待测复合绝缘子4的护套上，进行界面疲劳老化试验。滑轨10上可以根据试验的要求设置多个护套固定装置6。

驱动模块为液压机2，连接顶板7。

控制模块为工控机1，工控机1能够控制液压机2以正弦的方式施加不同频率不同大小的作用力，并且能够在显示器上实时输出施加力的时间和幅值曲线图。

实施例2

目前对于复合绝缘子的疲劳老化试验主要是针对环氧树脂芯棒，并未针对复合绝缘子运行中最容易失效的芯棒-护套界面进行疲劳老化。针对现有方法的不足，本实施例还提出了一种复合绝缘子芯棒-护套界面疲劳老化的方法，是使用复合绝缘子界面疲劳老化试验装置进行复合绝缘子的芯棒与护套界面的疲劳老化试验，基于伺服液压机设计了界面疲劳老化装置，实现了复合绝缘子的芯棒-护套之间界面疲劳老化，可用于复合绝缘子老化性能评估及寿命预测。同时，能够针对复合绝缘子芯棒和护套界面进行疲劳老化，更准确地评估复合绝缘子在动态载荷作用下的界面老化情况，预测复合绝缘子的寿命。与现有的方法相比，本实施例的装置和方法能够更有针对性地对界面区域进行疲劳试验，装置简便、操作便捷，能够更直观地评估其界面疲劳老化性能，进行寿命预测。

复合绝缘子的芯棒与护套界面的疲劳老化试验步骤如图5所示，结合该流程图，对本实施例做进一步阐述。

步骤S1：试验装置组装。将复合绝缘子样品（待测复合绝缘子4）通过低压端的固定夹具将其固定在底座3上，拧紧螺栓螺母结构，保证在伺服液压机施加力的时候不会晃动和掉落。同时将伺服液压机穿过固定底座3的顶部。

步骤S2：安装连接装置5，该连接装置5为一体化设计。将伺服液压机与连接装置5的顶板7相连，使其能够正常施加力学作用。护套固定装置6部分通过两个半圆形结构相互配合，固定在待测复合绝缘子4不同位置的护套部分。

步骤S3：配置控制模块和驱动模块，两者合起来可称为力学模块。连接液压机2与控制模块的工控机1，根据界面疲劳老化试验的要求，配置控制模块，设定力的幅值、频率和作用方式。在数据显示器上读取力的大小及曲线图，进行界面疲劳老化试验。试验过程中通过控制模块记录老化时间和力的幅值频率曲线等数据。

步骤S4：在进行老化试验的不同时间后，将待测复合绝缘子4取下，测试其界面性能与机械性能的变化。

步骤S5：根据其相应性能地变化估算其寿命。定义机械性能即弹性模量下降至未经老化样品的80%，界面泄漏电流增加至未经老化样品的125%时达到其寿命，此时的疲劳次数即为其在界面疲劳老化后的寿命。

设备在使用过程中，需要首先对于控制模块和驱动模块进行校准，通过工控机1控制伺服液压机2，将液压机2控制至不同位置，使用力学传感器测量此时的力学值大小，对控制模块中工控机1的显示的测量值进行校准，确保液压机2作用力大小的准确性。校准完成后进行整体实施例装置的组装工作，进行后续的界面疲劳老化试验。

进行界面疲劳老化试验时，应该根据待测复合绝缘子4的试验要求，配置护套固定装置6的作用点，并将螺母和螺栓相互配合，保证在试验期间不会出现护套固定装置6滑落的情况。定义机械性能即弹性模量下降至未经老化样品的80%，界面泄漏电流增加至未经老化样品的125%时达到其寿命，此时的疲劳次数即为其在界面疲劳老化后的寿命最后在不同界面疲劳老化时间后测量待测复合绝缘子4的泄露电流情况以及弹性模量，通过泄露电流的大小增长至未经老化样品的125%时或弹性模量下降至未经老化时的80%时的界面疲劳次数，参考以上两个参数变化情况来测量复合绝缘子界面疲劳老化寿命。

本实施例的技术优点在于：

（1）本实施例提出了一种连接装置5，该装置使滑轨10与护套固定装置6配合将待测复合绝缘子4固定。护套固定装置6位置可在滑轨10上调节。整个装置可根据试验要求改变力的作用点，操作便捷，通过测量距离滑轨10底部高度来定量确定施力位置，，施加力的位置更加准确，为疲劳老化后的性能检测提供了便利，界面疲劳老化试验更具有针对性。

（2）上述步骤S3中，该试验装置能够通过控制模块和驱动模块实时调节施加力的频率、幅值和作用方式，能够进行不同作用方式的界面疲劳老化试验，试验更加灵活有效，有更好的实用性。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (6)

1.一种复合绝缘子界面疲劳老化方法，其特征在于，使用一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置进行复合绝缘子的芯棒与护套界面的疲劳老化试验；

所述复合绝缘子界面疲劳老化试验装置包括复合绝缘子固定装置、驱动模块、连接装置、界面老化装置以及控制模块，所述复合绝缘子固定装置用于固定待测复合绝缘子，所述驱动模块通过所述连接装置连接所述界面老化装置，所述界面老化装置固定在待测复合绝缘子的护套上，所述控制模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块由所述控制模块控制，通过所述连接装置驱动所述界面老化装置对待测复合绝缘子的护套施加沿复合绝缘子轴向的作用力；

所述复合绝缘子固定装置包括固定底座与设置在所述固定底座上的固定夹具，所述固定夹具与待测复合绝缘子的金具固定连接，将待测复合绝缘子固定在所述固定底座上；

所述连接装置包括外侧支架，所述界面老化装置包括连接杆和护套固定装置，所述连接杆固定在所述外侧支架上，所述护套固定装置固定在所述连接杆上，待测复合绝缘子的护套固定在所述护套固定装置上；所述外侧支架包括沿所述待测复合绝缘子长度方向设置的滑轨，所述连接杆以位置可调的方式固定在所述滑轨上，能够上下滑动；所述护套固定装置包括两个半圆形结构，所述两个半圆形结构的两端分别设置有螺栓孔并通过螺栓螺母结构固定在待测复合绝缘子的护套上；所述连接装置还包括分别连接所述外侧支架上端和下端的顶板和底板，所述顶板和所述底板设置有大于待测复合绝缘子的最大伞裙直径的通孔，所述驱动模块连接所述顶板；

所述控制模块控制所述驱动模块输出的作用力的大小、频率和作用方式；

所述复合绝缘子界面疲劳老化方法具体包括：

步骤S1：试验装置组装；

步骤S2：安装连接装置;

步骤S3：配置控制模块和驱动模块；在数据显示器上读取力的大小及曲线图，进行界面疲劳老化试验；试验过程中通过控制模块记录老化时间和力的幅值频率曲线数据；

步骤S4：在进行老化试验的不同时间后，将待测复合绝缘子取下，测试其界面性能与机械性能的变化;

步骤S5：根据其相应性能的变化估算其寿命；定义机械性能即弹性模量下降至未经老化样品的80%，界面泄漏电流增加至未经老化样品的125%时达到其寿命，此时的疲劳次数即为其在界面疲劳老化后的寿命。

2.如权利要求1所述的复合绝缘子界面疲劳老化方法，其特征在于，所述驱动模块为液压机。

3.如权利要求1所述的复合绝缘子界面疲劳老化方法，其特征在于，所述滑轨为两根竖直杆，所述竖直杆的两端分别连接顶板的圆环形组件和底板的圆环形组件。

4.如权利要求2所述的复合绝缘子界面疲劳老化方法，其特征在于，所述步骤S1中，将复合绝缘子样品通过固定夹具将其固定在底座上，拧紧螺栓螺母结构，保证在伺服液压机施加力的时候不会晃动和掉落，同时将伺服液压机穿过固定底座的顶部。

5.如权利要求1所述的复合绝缘子界面疲劳老化方法，其特征在于，根据试验的要求所述滑轨上设置多个护套固定装置，所述步骤S2中，将伺服液压机与连接装置的顶板相连，使其能够正常施加力，护套固定装置部分通过两个半圆形结构相互配合，固定在待测复合绝缘子不同位置的护套部分。

6.如权利要求2所述的复合绝缘子界面疲劳老化方法，其特征在于，所述步骤S3中，连接液压机与控制模块的工控机，根据界面疲劳老化试验的要求，配置控制模块，设定力的幅值、频率和作用方式。