WO2021036762A1 - 人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台 - Google Patents

人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台 Download PDF

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韩纪层
周刚
章浦军
陈彬
林德源
许军
洪毅成
傅智为
蔡建宾
夏晓健
周泽友
万柳
万芯瑗
严康骅
易弢
李大斌
朱佳晨
吴凡
方超颖
钱健
陈云翔
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国网福建省电力有限公司
国网福建省电力有限公司电力科学研究院
杭州应敏科技有限公司
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

Definitions

  • the invention relates to a test platform for artificially simulating cable damage under strong wind and coastal environment.
  • the overhead insulated cable is evenly and hermetically wrapped with a non-conductive insulating layer, which can effectively prevent the leakage, short circuit, electric shock and other accidents caused by the contact of the conductor with the outside world, and reduce the unsafe factors caused by the bare cable.
  • a non-conductive insulating layer Used in the construction and transformation of the distribution network.
  • insulated overhead cables will suffer from lightning disconnection, corrosion disconnection, and water ingress oxidation during operation, which will adversely affect the safe and stable operation of the distribution network.
  • the present invention improves on the above-mentioned problems. That is, the technical problem to be solved by the present invention is that the salt density of the existing coastal areas is generally large, and the damage to the overhead insulated cables in the coastal areas is large. Therefore, it is necessary to deal with the damage of the cables in the coastal environment. Perform simulations to provide relevant experimental data to improve the installation design of coastal overhead insulated cables.
  • the specific implementation of the present invention is: the artificial simulation of strong wind and cable damage test platform in coastal environment, including the test table and a pair of brackets fixed on the test table, there are a plurality of cement pole support columns between the pair of brackets, one A cable is fixed between the brackets, the upper part of the cement pole support column is provided with a cross arm supporting the cable, the cable is connected to the power source, the cross arm is provided with an insulator, and the test bench has an isolation covering the outside of the cable A spray port is arranged in the isolation cover, and the spray port is in communication with the spray port of the salt spray test machine.
  • the test bench is also provided with a swing mechanism for simulating the cable swinging by wind.
  • the swing mechanism includes a connecting rod capable of moving the cable up and down, a support rod is fixed at the lower end of the connecting rod, and the support rod is eccentrically connected to the output shaft of the motor.
  • test bench has a current booster for adjusting the cable current, and the cable is connected to the power source through the current booster.
  • one end of the cable is fixed to one of the brackets via a wire tensioner, and the other end of the cable is fixed to the other bracket via a tension sensor.
  • a protective guardrail surrounds the outer periphery of the experimental table.
  • an opening for the cable to pass through is left on the isolation cover.
  • the present invention includes a method for artificially simulating strong wind and cable damage test under coastal environment, which is characterized in that it comprises using the above-mentioned artificially simulating strong wind and cable damage test platform under coastal environment, and the specific steps are as follows:
  • the present invention simulates the actual service conditions of the cable through a built-up artificial simulation of strong wind and a cable damage test platform in a coastal environment. Simulate the damage to the stranded wire caused by the swing of the stranded wire on the electric pole in the coastal city under the influence of wind, find the appropriate monitoring physical quantity, and then monitor the cable in the service process, which can realize the monitoring of the full life and cycle of the cable.
  • Figure 1 is a schematic top view of the structure of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic side view of the structure of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic diagram of the three-dimensional structure of the present invention.
  • a test platform for artificially simulating cable damage under strong winds and coastal environments includes an experimental table 10 and a pair of brackets 20 fixed on the experimental table. A plurality of cement rods are arranged between the pair of brackets.
  • the support column 30 has a cable 100 fixed between a pair of brackets.
  • the upper part of the cement pole support column 30 has a cross arm 310 supporting the cable 100.
  • the cable is connected to a power source.
  • the cross arm is provided with an insulator.
  • the table has an isolation cover 50 covering the outside of the cable.
  • the isolation cover is provided with a spray port that communicates with the spray port of the salt spray test machine.
  • the test bench is also provided with a simulation cable for swaying by wind. The swing mechanism.
  • one of the brackets is fixed with a wire tensioner 210.
  • the wire tensioner is connected to one end of the cable for adjusting the tension of the cable, and the other end of the cable is fixed to the tension sensor 220
  • a counterweight 60 is hung on the cable.
  • the counterweight 60 simulates the actual weight of the cable between two electric poles.
  • the cement pole support column 30 is fixed with a cross arm and an insulator to simulate The installation method of the cable during actual use.
  • a spray port is provided in the isolation cover, and the spray port is in communication with the spray port of the salt water spray test machine.
  • the salt water spray test machine is turned on to spray into the isolation cover 50, so that the isolation cover is reserved for cables
  • the isolation cover forms an external environment that simulates a high salt density in coastal areas. If the cable has been in service for a long time in this environment, salt spray will be formed on the insulation skin, and the surface leakage current will increase, resulting in ablation of the insulation skin. Moreover, after the insulation is damaged, the coastal environment will also accelerate the damage of the cable. This structure is used to simulate the condition of the cable in the coastal salt fog corrosion environment.
  • the swing mechanism 70 includes a connecting rod 710 that can move the cable up and down.
  • a support rod 720 is fixed at the lower end of the connecting rod.
  • the support rod is eccentrically connected to the output shaft of the motor, and the cable is lifted and dropped through the connecting rod 710. The perturbation, so as to realize the simulation of the swing of the twisted wire affected by the wind.
  • the table has a current booster 80 for adjusting the cable current, and the cable is connected to the power supply through the current booster, so that a large current is applied to both ends of the cable.
  • a protective guardrail 90 surrounds the outer circumference of the test bench.
  • the present invention includes a method for artificially simulating strong wind and cable damage test under coastal environment, including using the above-mentioned artificially simulating strong wind and cable damage test platform under coastal environment, and the specific steps are as follows:
  • the servo swing device drives the cable to swing through the connecting rod, and by controlling the amplitude of the cable swing, it simulates the situation of strong wind and breeze at the scene;
  • the main function of the cable is to conduct current to the insulated overhead cable, in order to study the effect of the current on the cable performance Impact, especially the impact of current on cables in polluted coastal areas, by connecting current devices at both ends of the cable to simulate the current flow of overhead cables.
  • test platform can perform finite element analysis on the cable clamping area and calculate the fatigue life and the fatigue life of the conductor after the external protective layer is set.
  • fixed connection can be understood as a fixed connection that can be detached (for example, connected by bolts or screws), or It is understood as: a non-detachable fixed connection (such as riveting, welding), of course, the mutual fixed connection can also be replaced by an integrated structure (for example, manufactured by a casting process) (except obviously that the integrated molding process cannot be used).
  • Any component provided by the present invention can be assembled from a plurality of separate components, or can be a single component manufactured by an integral forming process.

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Abstract

本发明提供一种人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，包括实验台面及固定于实验台面上的一对支架，一对支架之间具有水泥杆支撑柱，一对支架之间固定有电缆，水泥杆支撑柱上部具有支撑电缆的横担，电缆与电源连接，横担上设置有绝缘子,所述实验台面上具有罩于电缆外部的隔离罩，隔离罩内设置有喷雾口，喷雾口与盐水喷雾试验机的喷雾口联通，实验台面上还设置有用于模拟电缆受风力摆动的摆动机构，本发明通过搭建的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台模拟电缆服役的实际情况。模拟沿海城市绞线在电杆上受风力影响来回摆动对绞线产生的损伤，找到合适的监测物理量，进而对服役过程中的电缆进行监测，可实现对电缆全寿命、全周期的监测。

Description

人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台 技术领域
本发明涉及一种人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台。
背景技术
架空绝缘电缆由于其外围均匀而密封地包裹一层不导电的绝缘层，能有效防止导电体与外界接触造成漏电、短路、触电等事故的发生,减少了因裸电缆引发的不安全因素，广泛应用于配电网的建设和改造中。然而，绝缘架空电缆在运行中会遭受到雷电断线、腐蚀断线及进水氧化等问题，给配电网安全稳定运行造成不利的影响。
福建的强风及沿海地区的架空绝缘电缆，常年处于大风环境中，每年还要经历几次台风，绝缘电缆在绑扎处于绝缘子产生摩损，会导致疲劳磨损断线。福建沿海地区，盐密一般较大，常年又处于潮湿环境中，盐雾在绝缘表皮形成后，绝缘皮的电导将急剧增加，电流密度急剧增加，在绝缘子两侧最为严重，进而演变成局部的热量聚集，最终造成绝缘破坏直至绝缘完全烧毁，造成烧蚀断线。此外，沿海腐蚀性离子还会进入到有损伤的绝缘皮的裂纹中，加剧绝缘皮的开裂。考虑沿海强风的情况，强风环境下电缆摆动，在绝缘子绑扎处电缆的绝缘皮与绝缘子摩擦产生裂纹，进而导致绝缘皮破损，为此需要对上述沿海环境下电缆破坏情况进行模拟以提供相关实验数据从而更好地针对性的改善沿海架空绝缘电缆的安装设计，也能够在台风环境下能尽早掌握电缆灾损情况。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的沿海地区盐密一般较大对沿海地区的架空绝缘电缆破坏力大，为此需要对上述沿海环境下电缆破坏情况进行模拟以提供相关实验数据从而针对性的改善沿海架空绝缘电缆的安装设计。
本发明的具体实施方案是：人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，包括实验台面及固定于实验台面上的一对支架，所述一对支架之间具有多个水泥杆支撑柱，一对支架之间固定有电缆，所述水泥杆支撑柱上部具有支撑电缆的横担，所述电缆与电源连接，所述横担上设置有绝缘子,所述实验台面上具有罩于电缆外部的隔离罩，所述隔离罩内设置有喷雾口，所述喷雾口与盐水喷雾试验机的喷雾口联通，所述实验台面上还设置有用于模拟电缆受风力摆动的摆动机构。
进一步的，所述摆动机构包括能上下拨动电缆的连杆，所述连杆下端固定有支撑杆，所述 支撑杆偏心连接于电机输出轴上。
进一步的，所述电缆上还挂设有配重块。
进一步的，所述实验台面上具有用于调解电缆电流的升流器，所述电缆经升流器与电源连接。
进一步的，所述电缆一端经紧线器固定于其中一个支架上，电缆另一端经拉力传感器固定于另一个支架上。
进一步的，所述实验台面的外周围绕有防护护栏。
进一步的，隔离罩上留有以供电缆穿过的开口。
本发明包括一种人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验的方法，其特征在于，包括利用如上所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，具体步骤如下：
(1)将电缆设置于水泥杆支撑柱上，利用拉力传感器和紧线器调节电缆的张紧力，电缆经升流器连接电源，根据需要通过升流器调解电缆内加载电流的大小；
(2)开启盐水喷雾试验机向隔离罩内释放盐水喷雾，模拟沿海地区电缆受盐雾的影响；
(3)开启摆动机构利用连杆的上抬下坠横移的动作使电缆产生摆动；
(4)在横担上贴附应变片监测电缆受力情况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过搭建的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台模拟电缆服役的实际情况。模拟沿海城市绞线在电杆上受风力影响来回摆动对绞线产生的损伤，找到合适的监测物理量，进而对服役过程中的电缆进行监测，可实现对电缆全寿命、全周期的监测。
附图说明
图1为本发明俯视结构示意图。
图2为本发明侧视结构示意图。
图3为本发明立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～3所示，一种人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，包括实验台面10及固定于实验台面上的一对支架20，所述一对支架之间具有多个水泥杆支撑柱30，一对支架之间固定有电缆100，所述水泥杆支撑柱30上部具有支撑电缆100的横担310，所述电缆与电源连接，所述横担上设置有绝缘子,所述实验台面上具有罩于电缆外部的隔离罩50，所述隔离罩内设置有喷雾口，所述喷雾口与盐水喷雾试验机的喷雾口联通，所述实验台面上还设置有用于模拟 电缆受风力摆动的摆动机构。
本实施例中，所述的一对支架，其中一个支架上固定有紧线器210，所述紧线器与电缆一端连接用于调节电缆的张紧程度，电缆另一端经拉力传感器220固定于另一个支架上，所述电缆上还挂设有配重块60，配重块60模拟两电杆之间电缆的实际重量，所述的水泥杆支撑柱30上固定有横担及绝缘子，模拟电缆实际使用过程中的安装方式。
所述隔离罩内设置有喷雾口，所述喷雾口与盐水喷雾试验机的喷雾口联通，工作时，通过开启盐水喷雾试验机向隔离罩50内进行喷雾，从而隔离罩上留有以供电缆穿过的开口,隔离罩内形成模拟沿海地区盐密较高的外部环境，电缆长期在这种环境下服役，在绝缘皮上会形成盐雾，表面泄漏电流增大，导致绝缘皮烧蚀。而且绝缘皮破损后，沿海环境也会加速电缆的破坏，本结构用于模拟电缆在沿海盐雾腐蚀环境中的状况。
所述摆动机构70包括能上下拨动电缆的连杆710，所述连杆下端固定有支撑杆720，所述支撑杆偏心连接于电机的输出轴上，通过连杆710对电缆进行抬升和坠落的扰动，从而实现模拟绞线受风力影响产生的摆动。
台面上具有用于调解电缆电流的升流器80，所述电缆经升流器与电源连接，从而对电缆两端加载大电流。另外，所述实验台面的外周围绕有防护护栏90。
本发明包括一种人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验的方法，包括利用如上所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，具体步骤如下：
(1)将电缆设置于水泥杆支撑柱上，利用拉力传感器和紧线器调节电缆的张紧力，电缆经升流器连接电源，根据需要通过升流器调解电缆内加载电流的大小；
(2)开启盐水喷雾试验机向隔离罩内释放盐水喷雾，模拟沿海地区电缆受盐雾的影响；
(3)开启摆动机构利用连杆的上抬下坠横移的动作使电缆产生摆动；
(4)在横担上贴附应变片监测电缆受力情况。
通过搭建的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，可以满足以下功能：使电缆长期摆动，研究电缆的疲劳磨损。伺服摆动装置通过连杆推动电缆摆动，通过控制电缆摆动的幅度大小，模拟现场强风微风吹动磨损的情形；对绝缘架空电缆通电流，电缆的主要功能就是导流，为研究电流对电缆性能的影响，特别是沿海污秽地区电流对电缆的影响，通过在电缆的两端接入电流装置，模拟架空电缆通流情况。
另外还能够通过在横担的合适位置上粘贴应变片，监测台风环境下导线断线情况，即可对导线全寿命、全周期进行监控。利用试验平台能够对电缆夹持区进行有限元分析并计算疲劳寿命及进行设置外部保护层后的导线疲劳寿命计算。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于在描述上对零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以被一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外，其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

  1. 人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，包括实验台面及固定于实验台面上的一对支架，所述一对支架之间具有多个水泥杆支撑柱，一对支架之间固定有电缆，所述水泥杆支撑柱上部具有支撑电缆的横担，所述电缆与电源连接，所述横担上设置有绝缘子,所述实验台面上具有罩于电缆外部的隔离罩，所述隔离罩内设置有喷雾口，所述喷雾口与盐水喷雾试验机的喷雾口联通，所述实验台面上还设置有用于模拟电缆受风力摆动的摆动机构。
  2. 根据权利要求1所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，其特征在于，所述摆动机构包括能上下拨动电缆的连杆，所述连杆下端固定有支撑杆，所述支撑杆偏心连接于电机输出轴上。
  3. 根据权利要求1或2所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，其特征在于，所述电缆上还挂设有配重块。
  4. 根据权利要求3所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，其特征在于，所述实验台面上具有用于调解电缆电流的升流器，所述电缆经升流器与电源连接。
  5. 根据权利要求4所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，其特征在于，所述电缆一端经紧线器固定于其中一个支架上，电缆另一端经拉力传感器固定于另一个支架上。
  6. 根据权利要求4所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，其特征在于，所述实验台面的外周围绕有防护护栏。
  7. 根据权利要求4所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，其特征在于，隔离罩上留有以供电缆穿过的开口。
  8. 一种人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验的方法，其特征在于，包括利用如权利要求5或6所述的人工模拟强风及沿海环境下电缆破坏试验平台，具体步骤如下：
    (1)将电缆设置于水泥杆支撑柱上，利用拉力传感器和紧线器调节电缆的张紧力，电缆经升流器连接电源，根据需要通过升流器调解电缆内加载电流的大小；
    (2)开启盐水喷雾试验机向隔离罩内释放盐水喷雾，模拟沿海地区电缆受盐雾的影响；
    (3)开启摆动机构利用连杆的上抬下坠横移的动作使电缆产生摆动；
    (4)在横担上贴附应变片监测电缆受力情况。
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