CN203148607U - 一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统，包括直角应变花、电桥盒、动态应变仪、计算机；两片规格相同的直角应变花固定在支柱瓷绝缘子伞根的瓷柱上，每个应变花两侧的应变片与瓷柱轴线成45°角，两片直角应变花对称于瓷柱轴线，在同一圆周上相距180°；两片直角应变花的四个应变片组成全桥电路，通过导线接入电桥盒；电桥盒通过数据线与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端通过数据线与计算机的USB接口连接；通过计算机上的采集控制软件实时显示支柱瓷绝缘子待测部位的扭转应力应变大小及变化情况。本实用新型能够实时、准确地监测支柱瓷绝缘子瓷件表面被测点的应力应变，有助于预防支柱瓷绝缘子断裂事故的发生。
Description
技术领域
本实用新型属于支柱瓷绝缘子技术领域，特别涉及一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统。
背景技术
支柱瓷绝缘子是发电厂和变电站中的重要设备，主要用作导电体和接地体之间电气绝缘和机械固定连接，其支撑设备主要包括隔离开关、母线等一次设备。近年来，我国电力系统多次发生支柱瓷绝缘子断裂引起的事故，严重影响电网安全供电，也对运行及检修人员的人身安全构成威胁。因此，为了确保支柱瓷绝缘子安全可靠运行，必须开展对支柱瓷绝缘子断裂原因及机理的研究。
根据我国各地区支柱瓷绝缘子事故统计结果，发生断裂事故的支柱瓷绝缘子大多数是用于支撑隔离开关。高压隔离开关在运行中或操作时发生支柱瓷绝缘子断裂故障，可能引发发电厂或变电站停电的重大事故。支柱瓷绝缘子断裂故障涉及制作工艺、结构设计、安装质量、应力作用、老化问题等多种因素，但直接原因是其所受最大应力超过了许用应力，一旦支柱瓷绝缘子所受的外部作用力超过其机械强度，就会导致裂纹甚至断裂。
根据故障统计，隔离开关支柱瓷绝缘子断裂事故主要集中在GW6、GW7、GW4产品上，这些产品的支柱瓷绝缘子均可能承受较大的扭矩作用，尤其是用于操作传动的旋转绝缘子。高压隔离开关长期暴露在大气环境中工作，其结构部件容易发生锈蚀，可能会导致转动和传动连接结构卡滞而分合闸不到位，进而引起操作力过大，造成绝缘子损伤和断裂。因此，对支柱瓷绝缘子承受的扭转应力进行测试并实时监测，对于保障隔离开关甚至电网安全运行具有重要意义。
实用新型内容
针对背景技术存在的问题，本实用新型提供一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统，可实时监测支柱瓷绝缘子承受的扭转载荷情况，以便及时发现断裂事故隐患。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统，包括依次连接的直角应变花、电桥盒、动态应变仪、计算机。
包括两片规格相同的直角应变花，两片直角应变花固定在支柱瓷绝缘子伞根的瓷柱上，每个直角应变花两侧的两个应变片与瓷柱的轴线成45°方向角，两片直角应变花对称于瓷柱的轴线，且在同一圆周上，相距180°；两片直角应变花的四个应变片组成全桥电路，通过导线接入电桥盒。
所述电桥盒通过数据线与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端通过数据线与计算机的USB接口连接。
制作本实用新型时，导线为具有良好抗干扰效果的屏蔽线，且绝缘皮良好，绝缘性能可靠；动态应变仪进行接地，并采用金属屏蔽罩罩住电桥盒及动态应变仪，减小支柱瓷绝缘子工作环境中的电磁干扰对测试结果的影响。
测试前，在计算机上安装采集控制软件，进行测试时，开启动态应变仪电源，打开采集控制软件，设定采样频率、采集时间等相关参数。当支柱瓷绝缘子受到隔离开关分合闸操作冲击力产生的扭矩时，瓷件表面产生扭转应变，通过采集控制软件进行采样，实时显示支柱瓷绝缘子扭转应变大小及变化情况，根据胡克定律，可得出支柱瓷绝缘子扭转应力情况。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型采用电阻应变测量技术监测支柱瓷绝缘子的受力情况，能够实时监测支柱瓷绝缘子表面被测点的应力应变大小；采用电磁屏蔽措施，可以有效降低强电磁环境对测试结果的影响，测试系统抗干扰能力较强，能够准确、及时监测支柱瓷绝缘子的应力应变大小及变化情况，有助于预防断裂事故的发生。
附图说明
图1是本实用新型中各个结构的连接框图；
图2是本实用新型中直角应变花的结构图；
图3为直角应变花在支柱瓷绝缘子中的安装位置示意图；
图4为图3中5的放大图，即直角应变花在支柱瓷绝缘子中的安装位置放大图；
图5是本实用新型中的全桥电路简图。
其中，1—支柱瓷绝缘子法兰，2—支柱瓷绝缘子伞裙，3—支柱瓷绝缘子伞裙根部瓷柱，4—直角应变花，5—直角应变花在支柱瓷绝缘子中的安装位置。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。
本实用新型包括依次连接的直角应变花、电桥盒、动态应变仪、计算机；
本实施例中包括两片规格相同的直角应变花，两片直角应变花固定在支柱瓷绝缘子伞根的瓷柱上，每个直角应变花两侧的两个应变片与瓷柱的轴线成45°方向角，两片直角应变花对称于瓷柱的轴线，且在同一圆周上，相距180°；两片直角应变花的四个应变片组成全桥电路，通过导线接入电桥盒；电桥盒通过数据线与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端通过数据线与计算机的USB接口连接。
本实施例中，待测试的支柱瓷绝缘子型号为ZW-220/N3-3，是220kV电压等级GW6型隔离开关的操作绝缘子；所采用的直角应变花的应变片初始电阻值为120Ω；所采用的动态应变仪为直流供桥高性能动态应变仪。
制作本实用新型时，导线为具有良好抗干扰效果的屏蔽线，且绝缘皮良好，绝缘性能可靠；动态应变仪进行接地，并采用金属屏蔽罩罩住电桥盒及动态应变仪，减小支柱瓷绝缘子工作环境中的电磁干扰对测试结果的影响。
测试前，在计算机上安装采集控制软件，进行测试时，开启动态应变仪电源，打开采集控制软件，设定采样频率、采集时间等相关参数。当支柱瓷绝缘子受到隔离开关分合闸操作冲击力产生的扭矩时，瓷件表面产生扭转应变，通过采集控制软件进行采样，实时显示支柱瓷绝缘子扭转应变大小及变化情况，根据胡克定律，可得出支柱瓷绝缘子扭转应力情况。
具体的制作和测试步骤如下：
步骤1、粘贴直角应变花：根据扭矩应变测量原理，当圆轴类构件承受扭矩作用时，与轴线成45°方向的应变为主应变；根据有限元仿真计算结果，支柱瓷绝缘子在承受扭转载荷时，其伞裙根部瓷柱为应力集中部位，该部位的应力应变最大，因此，应将应变花粘贴在该部位。
本实用新型所述直角应变花如图2所示。首先，仔细清理待测部位的污垢，并用脱脂棉球蘸取丙酮溶剂，清洗待测表面以除去灰尘、油脂；然后，采用502胶水将规格相同的两片直角应变花粘贴在支柱瓷绝缘子伞裙根部瓷柱表面，如图3所示，使直角应变花两侧的两个应变片与瓷柱轴线成45°方向，两片直角应变花对称于瓷柱的轴线，且在同一圆周上，相距180°；待胶水固化后，采用万用 表测试各应变片的电阻及绝缘电阻，其电阻值应为120Ω，绝缘电阻应大于100MΩ。
同时，在直角应变花附近粘贴接线端子，采用电烙铁将应变片电阻丝与导线出线端焊接在接线端子上，应保证焊接质量，避免虚焊或短路。之后，进行防潮处理，采用703胶涂覆于直角应变花、接线端子表面及周围沾有502胶的部位，以防止502胶吸收空气水分而氧化。
步骤2、连接电桥：如图5所示，采用导线将上述两片直角应变花的四个应变片组成全桥电路，接入电桥盒，定义四个应变片分别为R1、R2、R3、R4，A、B、C、D表示电桥盒中各桥臂之间的连接接点，将R1接入A-B桥臂，R2接入B-C桥臂，R3接入C-D桥臂，R4接入A-D桥臂。
所述的连接导线是质量可靠的网线，为8芯屏蔽线，具有良好的抗干扰能力。
步骤3、连接应变信号采集电路：采用数据线将电桥盒接入动态应变仪输入端，将动态应变仪信号输出端连接至计算机USB接口，将动态应变仪接地端接地，并采用金属屏蔽罩罩住电桥盒及应变仪，以减小支柱瓷绝缘子工作环境中的电磁干扰对测试结果的影响。
步骤4、进行测试，采集应变信号：开启动态应变仪电源，打开安装在计算机上的采集控制软件，首先进行示波，观察测试系统软硬件是否正常工作。然后，设定采样频率和连续采集时间等相关参数。根据香农采样定理，采样频率必须是分析频率的2倍以上，隔离开关分合闸操作频率较低，设置采样频率为51.2Hz，可以满足采集要求，同时可以滤除50Hz工频干扰。本实施例所述的隔离开关操动机构为CJ6操动机构，其分、合闸操作时间一次均为7.5s，加之中间停顿时间，一次完整的分合闸操作约耗时20s，设置连续采集时间为40s，可完整地采集到一次分合闸过程的应变信号变化；若需要监测多次分合闸操作过程的应变大小，可延长连续采集时间。设定采集方式为连续采集，采集过程显示方式为逐页显示。
点击采集控制键，并进行隔离开关分合闸操作，当支柱瓷绝缘子受到操作冲击力产生的扭矩时，瓷件表面产生扭转应变，通过采集控制软件进行采样，即可实时显示支柱瓷绝缘子扭转应变大小及变化情况，根据胡克定律σ=Eε，已知瓷件弹性模量E，即可得出支柱瓷绝缘子扭转应力情况。
具体实施时，本实用新型提供的扭转应力应变测试结构可以用于各个型号及 电压等级的支柱瓷绝缘子。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统，其特征在于：包括依次连接的直角应变花、电桥盒、动态应变仪、计算机。
2.根据权利要求1所述的一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统，其特征在于：包括两片规格相同的直角应变花，两片直角应变花固定在支柱瓷绝缘子伞根的瓷柱上，每个直角应变花两侧的两个应变片与瓷柱的轴线成45°方向角，两片直角应变花对称于瓷柱的轴线，且在同一圆周上，相距180°；两片直角应变花的四个应变片组成全桥电路，通过导线接入电桥盒。
3.根据权利要求1或2所述的一种支柱瓷绝缘子扭转应力应变测试系统，其特征在于：所述电桥盒通过数据线与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端通过数据线与计算机的USB接口连接。
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