特殊條件下高壓驗(yàn)電器強(qiáng)度不夠的解決方案

武文吉 呂澤鵬

摘 要：高壓驗(yàn)電器是一種電力系統(tǒng)通用的驗(yàn)明高壓設(shè)備（一般指35kV及以上設(shè)備）是否有電的安全工器具。實(shí)踐中，在一些大風(fēng)天氣下使用驗(yàn)電器時(shí)，在驗(yàn)電器絕接口處容易開裂。電壓等級(jí)不同，絕緣桿有1.8、6、8米等多種，為攜帶儲(chǔ)存方便絕緣桿均制作成伸縮型。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有的驗(yàn)電器在其接口處加裝特殊套口達(dá)到加固驗(yàn)電器的目的，從而很好的提高了驗(yàn)電器的強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：高壓驗(yàn)電器，驗(yàn)電器，絕緣桿

中圖分類號(hào)：TM835 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、高壓驗(yàn)電器簡(jiǎn)介

現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的是電容型驗(yàn)電器，是通過檢測(cè)流過驗(yàn)電器對(duì)地雜散電容中的電流，校驗(yàn)高壓電氣設(shè)備、線路是否帶有運(yùn)行電壓的裝置。主要由接觸電極、驗(yàn)電指示器、連接件、絕緣桿和護(hù)手環(huán)組成。本文主要是探討提高絕緣桿強(qiáng)度的方案。

二、問題再現(xiàn)

對(duì)某500kV變電站2011和2012年驗(yàn)電器使用、維修更換情況進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)，兩年內(nèi)的停電工作中，60次驗(yàn)電操作，有16次損壞現(xiàn)象，比例高達(dá)26.7%，絕緣桿接口開裂故障占到87.5%。

三、原因分析

下面是驗(yàn)電器絕緣桿使用個(gè)過程中受力情況分析（8米長(zhǎng)的為例）：

使用驗(yàn)電器時(shí)，驗(yàn)電器絕緣桿在自身重力、風(fēng)力等諸多力的作用下會(huì)彎曲，其彎曲程度超過材料本身最大彎曲強(qiáng)度就會(huì)損壞驗(yàn)電器。我們計(jì)算驗(yàn)電器絕緣桿材料的彎曲強(qiáng)度，來驗(yàn)證其是否符合現(xiàn)場(chǎng)使用要求。驗(yàn)電器絕緣桿的彎曲強(qiáng)度與彎矩基本成正比，為了簡(jiǎn)化計(jì)算就通過彎矩大小來反映驗(yàn)電器的彎曲強(qiáng)度。彎矩=力×力臂=q×a

我們建立絕緣桿受力模型圖（如圖1所示）， q為絕緣桿所受的力， a為力臂。實(shí)際使用中彎曲較大的地方在較細(xì)的上半部分，為了使模型曲線與實(shí)際彎曲曲線較吻合，設(shè)q作用于驗(yàn)電器上半部分，如圖所示： A點(diǎn)固定，B點(diǎn)不固定，C點(diǎn)為AB中點(diǎn)，即a為驗(yàn)電器長(zhǎng)度的一半。絕緣桿長(zhǎng)為8米，力臂a為驗(yàn)電器長(zhǎng)度一半，即a=4米。

人作用力等效為支座反力RA+RB，根據(jù)彎矩平衡特性，分段分析

（1）根據(jù)力矩平衡求支座反力

A點(diǎn)平衡：∑MA=0，2a×RB-（3/2）a×aq=0，得RB=3a/4

B點(diǎn)平衡：∑MB=0，aq×a/2-2aRA= 0，得RA=qa/4

（2）建立彎矩方程

AC段：∑M0=0，M-RAx=0，故M= RAx=qax/4 （0﹤x≦a）

CB段：∑MC=0，M-RAx+q（x-a）2/2=0，故M=qax/4-q（x-a）2/2 （a≦x≦2a）

根據(jù)方程繪制彎矩圖（見圖1），CB段的方程為一元二次方程，弧線頂端為彎矩最大處：計(jì)算化簡(jiǎn)后Mmax = 9qa2/32

驗(yàn)電器受力q=重力G+風(fēng)力F等效于人的作用力，

a）重力G：質(zhì)量為2.5kg，取g=10N/kg，重力G=25N，q最小值為無風(fēng)情況下的驗(yàn)電器重力G，

代入彎矩方程得：Mmin=112.5Nm；

b）風(fēng)力F：絕緣桿風(fēng)力計(jì)算模型圖如圖2所示，

風(fēng)力計(jì)算公式為：F=wp×S其中wp為風(fēng)壓，S 為迎風(fēng)面積。

wp=v?/1600kN/m2 其中 v為風(fēng)速

絕緣桿共6節(jié)長(zhǎng)為：8m，直徑為0.05m，管壁厚度0.002m， 受力面積為：

﹙0.05+0.044+0.038+0.032+0.026+0.020）×8/6=0.28m?

因?yàn)樵撟冸娬?級(jí)風(fēng)較多，取4級(jí)風(fēng)進(jìn)行計(jì)算，4級(jí)風(fēng)速上限為7.9米/秒

絕緣桿的所受風(fēng)力為：

F=wp×S=（7.9×7.9/1600） ×0.28=11N

q的最大值為重力G與風(fēng)力F的和，則q最大值為q=G+F=36N，

代入彎矩方程得：Mmax=162Nm

驗(yàn)電器直徑為28mm以上，查閱絕緣桿機(jī)械性能表：允許荷載值彎曲力矩為不小于110Nm，現(xiàn)場(chǎng)使用的驗(yàn)電器允許荷載值是：130Nm，最小破壞荷載值330Nm。可以看出：絕緣桿實(shí)際承受的彎矩經(jīng)常接近于允許荷載值。雖然承受彎矩小于最小破壞荷載值，但是這個(gè)最小破壞荷載值是指絕緣桿被折斷的限值，這也是實(shí)際使用中為什么絕緣桿沒有折斷現(xiàn)象的原因。而在薄弱的節(jié)與節(jié)連接處的絕緣桿接口，經(jīng)常在大于或接近于臨界值的環(huán)境中使用，長(zhǎng)期處于疲勞狀態(tài)，有風(fēng)情況下實(shí)際荷載值大于允許荷載值，導(dǎo)致驗(yàn)電器損壞。因此我們只要在驗(yàn)電器絕緣桿節(jié)與節(jié)的連接處做加固增加強(qiáng)度，那么其損壞問題就會(huì)得以解決。

四、制定解決方案

通過市場(chǎng)調(diào)查，伸縮桿的固定接口有多種，其中有一種螺旋式伸縮接口最為常見，且使用方便，不易損壞，用外固定螺旋式伸縮接口固定絕緣桿。材質(zhì)方面考慮到絕緣性能，有PC和PBT兩種供選擇。PBT材質(zhì)雖強(qiáng)度較PC大，但是其制造工藝要求苛刻，造價(jià)較高，因此選擇絕緣性能同樣良好、制造工藝要求低、價(jià)格較便宜的PC材質(zhì)。改造前后的對(duì)照?qǐng)D如圖3，帶黑色接口的為改造后的驗(yàn)電器。

五、改造后的效益

1 改造后的驗(yàn)電器至今未出現(xiàn)絕緣桿損壞現(xiàn)象。

2 減少更換、試驗(yàn)驗(yàn)電器的次數(shù)，為公司節(jié)省了人力，節(jié)約了成。

3 方便了變電運(yùn)行人員驗(yàn)電操作，提高了安全性。

4 為以后的采購提供了技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]劉俊剛.基于紫外檢測(cè)法的非接觸式特高壓驗(yàn)電器的研究[D].重慶大學(xué)，2007.