基于動(dòng)態(tài)應(yīng)變表征220 kV空心復(fù)合絕緣子機(jī)械特性的研究

井 謙，張長(zhǎng)征，彭 靜，劉于新，劉志強(qiáng)，何遠(yuǎn)華

基于動(dòng)態(tài)應(yīng)變表征220 kV空心復(fù)合絕緣子機(jī)械特性的研究

井 謙，張長(zhǎng)征，彭 靜，劉于新，劉志強(qiáng)，何遠(yuǎn)華

（西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司，西安710077）

以220 kV空心復(fù)合絕緣子作為試樣，利用動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀研究空心復(fù)合絕緣子不同位置區(qū)域的最大應(yīng)變和殘余應(yīng)變規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明彎曲負(fù)荷下空心復(fù)合絕緣子纏繞管受拉側(cè)和受壓側(cè)最大應(yīng)變區(qū)域都出現(xiàn)在離下端部附件上邊緣距離45 mm處附近，這與GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中應(yīng)變片的粘貼位置一般推薦在離其距離30 mm稍有不同，且下端部附件對(duì)試樣底部區(qū)域的影響也不盡相同，隨著離下端部附件上邊緣距離的增加，受拉側(cè)受端部附件影響依次從強(qiáng)到弱，而受壓側(cè)依次為弱-強(qiáng)-弱，兩側(cè)都在距離其約45 mm處影響最小。在彎曲負(fù)荷4.5×MML（最大機(jī)械負(fù)荷）之前，不同粘貼位置區(qū)域的殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比都小于2.5%，處在可逆的彈性階段；空心復(fù)合絕緣子纏繞管受拉側(cè)和受壓側(cè)的彎曲負(fù)荷與應(yīng)變曲線尾部走勢(shì)略有不同，具體表現(xiàn)在受拉側(cè)曲線斜率逐漸增加，而受壓側(cè)曲線斜率逐漸減小，以致最后管壁兩側(cè)斷裂損壞現(xiàn)象也不盡相同。

空心復(fù)合絕緣子；應(yīng)力；應(yīng)變；殘余應(yīng)變；機(jī)械特性；最大機(jī)械負(fù)荷

0 引言

與傳統(tǒng)空心瓷絕緣子相比，空心復(fù)合絕緣子具有優(yōu)良的防污閃性能、機(jī)械性能穩(wěn)定、優(yōu)異的抗震性能、重量輕、免維護(hù)及不存在瓷絕緣子粉碎性爆炸引發(fā)二次事故問(wèn)題等優(yōu)勢(shì)[1-3]。近年來(lái)，隨著復(fù)合絕緣子的快速發(fā)展，電站設(shè)備用空心復(fù)合絕緣子也逐漸得到越來(lái)越多的推廣應(yīng)用，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于（110～750）kV變電設(shè)備上[4-6]。空心復(fù)合絕緣子由保護(hù)作用的彈性傘套和承受機(jī)械負(fù)荷的絕緣管構(gòu)成，機(jī)械負(fù)荷由金屬端部附件傳遞到絕緣管[7]。

GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中指出：“空心復(fù)合絕緣子的機(jī)械特性與空心瓷絕緣子不同，在機(jī)械應(yīng)力影響下，為了確定空心復(fù)合絕緣子機(jī)械劣化的原因，本標(biāo)準(zhǔn)中引入了應(yīng)變儀測(cè)量。確定劣化原因的其他方法還在研究中（例如聲發(fā)射測(cè)量），但在現(xiàn)階段還沒(méi)有更好的方法可采用[7]?！睆钠涿枋隹梢钥闯瞿壳斑€沒(méi)有更合適的方法來(lái)確定空心復(fù)合絕緣子機(jī)械劣化的原因，即使采用應(yīng)變儀測(cè)量方法，無(wú)論是在GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中的相關(guān)規(guī)定，還是在行業(yè)的檢驗(yàn)上，都對(duì)這種表征方法存在不少爭(zhēng)議，對(duì)其研究以及應(yīng)用，還處在探索階段。雖然存在一定的問(wèn)題，但目前應(yīng)變測(cè)量法仍然是GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中空心復(fù)合絕緣子的型式試驗(yàn)項(xiàng)目，是開(kāi)展空心復(fù)合絕緣子檢驗(yàn)的重要方法。

基于上述背景，本項(xiàng)目主要是利用動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21429-2008（IEC 61462:1998，MOD），深入研究空心復(fù)合絕緣子的最大應(yīng)變區(qū)域和殘余應(yīng)變，了解空心復(fù)合絕緣子的機(jī)械特性，探索應(yīng)變測(cè)量法的內(nèi)在規(guī)律，積累相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，期望為空心復(fù)合絕緣子的應(yīng)變檢驗(yàn)提供依據(jù)，并為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作提供一定的參考。

1 動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀：設(shè)備型號(hào)為DH8302，量程±100 000 με，電壓示值誤差為 0.05%F.S，溫漂小于0.05 με/℃，時(shí)漂小于1 με/天，16通道。采用1/4橋測(cè)量，設(shè)置采樣頻率為100 Hz，應(yīng)變片電阻120.1±0.1 Ω，靈敏系數(shù)K=2.14±1%。

大型彎扭試驗(yàn)機(jī)：型號(hào)為WNW-200，精度等級(jí)為1.0級(jí)。

1.2 測(cè)量系統(tǒng)原理

電阻應(yīng)變儀設(shè)備測(cè)量的原理是將粘貼在被測(cè)試件上的電阻應(yīng)變片的電阻變化率△R/R轉(zhuǎn)換成電壓變化輸出，再經(jīng)放大電路放大，然后經(jīng)電信號(hào)采集系統(tǒng)收集，利用成套軟件可以實(shí)時(shí)顯示波形，并可以進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。

由于機(jī)械應(yīng)變一般都很小，要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化測(cè)量出來(lái)，同時(shí)要把電阻相對(duì)變化ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓的變化，因此需要有專用測(cè)量電路用于測(cè)量應(yīng)變變化而引起電阻變化的測(cè)量電路，通常采用惠斯通電橋，其有四個(gè)橋臂R1、R2、R3、R4按順序接在A、B、C、D之間，如圖1所示。

圖1 惠斯通電橋示意圖Fig.1 The schematic diagram of Wheastone bridge

電橋的對(duì)角點(diǎn)AC接電源E，另一對(duì)角BD為電橋的輸出端，其輸出電壓UBD經(jīng)計(jì)算輸出電壓為

當(dāng)R1×R2=R3×R4時(shí)，UBD=0，這是電橋平衡的條件。

在實(shí)際測(cè)試中，隨著被測(cè)試件的變形，四個(gè)橋臂上的電阻應(yīng)變片都會(huì)發(fā)生微小變量，各電阻應(yīng)變片的電阻變化為ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，各電阻應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量分別為ε1、ε2、ε3、ε4，通過(guò)理論推導(dǎo)計(jì)算，可以得出UBD的變化量：

當(dāng)電橋中只有一個(gè)橋臂參與機(jī)械變形時(shí)，由公式（2）可以得知，即電阻應(yīng)變片的應(yīng)變量正比于輸出電壓ΔUBD，通過(guò)測(cè)量電壓信號(hào)即可計(jì)算出被測(cè)試件的應(yīng)變量。

1.3 試驗(yàn)樣品及測(cè)量方法

筆者選用的空心復(fù)合絕緣子樣品高度2 400 mm，彎曲強(qiáng)度最大機(jī)械負(fù)荷（MML）=4 kN，根據(jù)GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中第8.3條以及日常檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，電阻應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)布置在垂直于彎曲力平面的最大豎截面的纏繞管軸線處，應(yīng)變片1和6緊鄰下端部附件上邊緣處，相鄰電阻應(yīng)變片間距離為15 mm，即同一側(cè)的應(yīng)變片距下端部附件上邊緣的距離依次為0、15 mm、30 mm、45 mm、60 mm，其粘貼位置及連接通道示意圖如圖2所示。由理論分析可知，應(yīng)變片1～5和應(yīng)變片6～10主要分別受壓應(yīng)力和拉應(yīng)力影響。

圖2 應(yīng)變片粘貼位置及連接通道示意圖Fig.2 The schematic diagram of strain gauges with different sticking position and connecting channel

根 據(jù) GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中第8.4.2條對(duì)空心復(fù)合絕緣子進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，先需進(jìn)行三個(gè)階段試驗(yàn)。當(dāng)?shù)谝浑A段試驗(yàn)結(jié)束后，在第二階段試驗(yàn)過(guò)程中勢(shì)必要重復(fù)前一階段試驗(yàn)過(guò)程，類似地，再進(jìn)行第三階段試驗(yàn)時(shí)，要重復(fù)進(jìn)行前兩個(gè)階段試驗(yàn)過(guò)程。為考察空心復(fù)合絕緣子在重復(fù)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時(shí)，在彈性階段范圍內(nèi)最大應(yīng)變是否不同，因此彎曲負(fù)荷加載過(guò)程如下：

1）第一階段：在MML（最大機(jī)械負(fù)荷）下試驗(yàn)，保持60 s，該時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的保持30 s略微不同；

2）第二階段：在MML、1.5×MML下試驗(yàn)，各保持60s，彎曲負(fù)荷連續(xù)不間斷；

3）第三階段：在MML、1.5×MML、2.5×MML下試驗(yàn)，各保持60 s，彎曲負(fù)荷連續(xù)不間斷。

在前面三個(gè)彎曲試驗(yàn)階段后，對(duì)樣品再依次進(jìn)行3.5×MML、4.5×MML、5.5×MML…下彎曲負(fù)荷試驗(yàn)，直至樣品出現(xiàn)斷裂損壞現(xiàn)象，記錄在各個(gè)彎曲負(fù)荷下樣品的最大應(yīng)變和殘余應(yīng)變值。為減少前一次彎曲負(fù)荷下殘余應(yīng)變對(duì)后一次測(cè)量的影響，每次測(cè)量殘余應(yīng)變的時(shí)候都對(duì)前一次的殘余應(yīng)變進(jìn)行清零。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同彎曲負(fù)荷狀況下不同粘貼位置區(qū)域的空心復(fù)合絕緣子應(yīng)變分析

圖3為不同彎曲負(fù)荷狀況下空心復(fù)合絕緣子應(yīng)變曲線。從圖中可以看出，無(wú)論是在MML、1.5×MML、還是在2.5×MML下，拉應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)變從大到小依次為：9通道應(yīng)變＞10通道應(yīng)變＞8通道應(yīng)變＞7通道應(yīng)變＞6通道應(yīng)變，壓應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變從大到小依次為：4通道應(yīng)變＞5通道應(yīng)變＞3通道應(yīng)變＞1通道應(yīng)變＞2通道應(yīng)變，表明在不同的彎曲負(fù)荷狀況下，樣品在拉應(yīng)力狀態(tài)和壓應(yīng)力狀態(tài)下的最大應(yīng)變通道都分別為9通道和4通道，即最大應(yīng)變區(qū)域出現(xiàn)在距下端部附件上邊緣45 mm附近，這與GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中應(yīng)變片的粘貼位置一般推薦在離下端部附件上邊緣30 mm稍有不同。在拉應(yīng)力狀態(tài)下，雖然9通道應(yīng)變大于10通道應(yīng)變，但在MML下和在1.5×MML下，兩者的數(shù)值相差并不大，應(yīng)變曲線幾乎重合，只是隨著彎曲負(fù)荷的增加，直至在2.5×MML下，兩者的應(yīng)變數(shù)值差才逐漸增大，這時(shí)應(yīng)變曲線才表現(xiàn)出一定的區(qū)別。在壓應(yīng)力狀態(tài)下，5通道與3通道的應(yīng)變也有類似的情形。

從應(yīng)變曲線的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)還可以看出，當(dāng)進(jìn)行后續(xù)階段試驗(yàn)過(guò)程中，與前一階段相重復(fù)的試驗(yàn)過(guò)程部分，兩者的最大應(yīng)變值有細(xì)微差別，但差值不大，兩者偏差百分比在2%左右，推測(cè)這可能與電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后效應(yīng)有關(guān)，雖然此時(shí)應(yīng)變片仍然工作在彈性階段范圍內(nèi)，但在反復(fù)加載-卸載-加載過(guò)程中，同一彎曲負(fù)荷下應(yīng)變值仍有差別。為減少應(yīng)變片機(jī)械滯后效應(yīng)帶來(lái)的測(cè)量結(jié)果誤差，可對(duì)粘貼應(yīng)變片的試樣在彈性范圍內(nèi)加載幾次[8]。

圖4為不同彎曲負(fù)荷下不同應(yīng)變片粘貼位置的最大應(yīng)變曲線。由于應(yīng)變的正負(fù)只是拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的表現(xiàn)狀態(tài)，因此將壓應(yīng)力下的負(fù)應(yīng)變前的負(fù)號(hào)作去除處理，以便直觀分析，以下相同，不再作說(shuō)明。從圖中可以看出在拉應(yīng)力區(qū)域，在不同的彎曲負(fù)荷作用下，隨著離下端部附件上邊緣距離的增加，最大應(yīng)變值都先逐漸增加，直至在距離45 mm處應(yīng)變值達(dá)到最大值，然后呈減小趨勢(shì)。按照理論計(jì)算6通道應(yīng)變值，即距下端部附件最近處的應(yīng)變片受到的應(yīng)力應(yīng)該是最大的，其應(yīng)變數(shù)值也應(yīng)該最大，反而其應(yīng)變值表現(xiàn)最小，這說(shuō)明在拉應(yīng)力狀態(tài)下距下端部附件邊緣的應(yīng)變片受到端部附件的影響最大。相反地，在壓應(yīng)力區(qū)域，不同彎曲負(fù)荷作用下，隨著離下端部附件上邊緣距離的增加，最大應(yīng)變值都先逐漸減小，直至在距離15 mm處應(yīng)變值達(dá)到最小值，然后再繼續(xù)增加，直至在距離45 mm處應(yīng)變值達(dá)到最大值，最后呈減小趨勢(shì)。在壓應(yīng)力區(qū)域，2通道應(yīng)變值最小，即距下端部附件上邊緣15 mm處，這與拉應(yīng)力區(qū)域下的表現(xiàn)狀態(tài)不同，表明在壓應(yīng)力的作用下，受到下端部附件影響最大的不是緊鄰其邊緣的區(qū)域，而是距下端部附件上邊緣有一定距離的區(qū)域。距離其45 mm處的4通道應(yīng)變值最大，這與拉應(yīng)力狀態(tài)下出現(xiàn)最大應(yīng)變的位置區(qū)域相一致。

圖3 不同彎曲負(fù)荷狀況下空心復(fù)合絕緣子應(yīng)變曲線Fig.3 The strain curves of the composite hollow insulator under different bending loads

上述的應(yīng)變模擬曲線是根據(jù)由應(yīng)變片在不同粘貼位置測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用樣條插值方法得到的控制彎曲程度的順滑自由曲線，即Spline樣條曲線擬合而成?？梢源笾屡袛喑隼瓚?yīng)力和壓應(yīng)力狀態(tài)下，端部附件對(duì)其上邊緣附近位置區(qū)域的影響是不同的，具體表現(xiàn)在拉應(yīng)力狀態(tài)下，隨著離端部附件上邊緣的距離增加，端部附件對(duì)試樣底部區(qū)域的影響依次從強(qiáng)到弱，直至在距離約45 mm處影響最小，若距離繼續(xù)增加，由于受到的拉應(yīng)力逐漸減少，其應(yīng)變值也相應(yīng)降低，符合一般電阻應(yīng)變效應(yīng)規(guī)律。而在壓應(yīng)力狀態(tài)下，隨著離端部附件上邊緣的距離增加，端部附件對(duì)試樣底部區(qū)域的影響依次為弱-強(qiáng)-弱，直至在距離約45 mm處影響最小。

還需要提及的是，無(wú)論是在拉應(yīng)力狀態(tài)還是在壓應(yīng)力狀態(tài)下，真實(shí)的最大應(yīng)變值和最小應(yīng)變值都可能不會(huì)出現(xiàn)在粘貼位置的某一點(diǎn)處。由于應(yīng)變片也有一定長(zhǎng)度，以及粘貼空間的需要，相鄰應(yīng)變片的間距不可能無(wú)限小，所以不太可能在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)上得到最大應(yīng)變或最小應(yīng)變的位置區(qū)域。即使存在這樣的問(wèn)題，但由Spline樣條插值法擬合而成的曲線還是可以推斷出上述結(jié)論。

圖4 不同彎曲負(fù)荷下不同應(yīng)變片粘貼位置的最大應(yīng)變曲線Fig.4 The maximum strain curves of strain gauges with different pasting position under different bending loads

2.2 不同彎曲負(fù)荷狀況下空心復(fù)合絕緣子殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比分析

圖5為不同彎曲負(fù)荷下不同應(yīng)變片粘貼位置的殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比曲線。從圖5中可以看出，無(wú)論是在拉應(yīng)力還是在壓應(yīng)力狀態(tài)下下，隨著彎曲負(fù)荷的增加，無(wú)論在彎曲負(fù)荷MML、1.5×MML、還是2.5×MML下，甚至在4.5×MML負(fù)荷下，應(yīng)變片不同粘貼位置的殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比都呈平緩變化，無(wú)相應(yīng)規(guī)律，但都小于±2.5%，最后只是在彎曲負(fù)荷21.7 kN時(shí)，樣品下端部附件處纏繞筒出現(xiàn)損壞斷裂，其殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比出現(xiàn)劇烈增加，都約為20%，但此時(shí)的殘余應(yīng)變已無(wú)參考意義。

對(duì)220 kV空心復(fù)合絕緣子樣品來(lái)說(shuō)，雖然在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)變位置區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)在國(guó)標(biāo)GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）推薦的粘貼位置，即距下端部附件上邊緣30mm處，但其殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變的百分比曲線表明，即使試驗(yàn)前無(wú)法確定最大應(yīng)變區(qū)域位置，應(yīng)變片沒(méi)有粘貼在最大應(yīng)變區(qū)域，若在已經(jīng)考慮減少下端部附件對(duì)其測(cè)量影響的前提下，兩者的百分比在一定程度上也能表征空心復(fù)合絕緣子的機(jī)械特性，因此單純地一味追求尋找最大應(yīng)變區(qū)域位置并無(wú)多大意義，殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比的準(zhǔn)確性才是試驗(yàn)的最終目的。

圖5 不同彎曲負(fù)荷下不同應(yīng)變片粘貼位置的殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比曲線Fig.5 The percentage curves of residual strain divided by maximum strain maximum of strain gauges with different pasting position under different bending loads

由于輕度的可見(jiàn)損傷并不明顯可見(jiàn)，若只是以肉眼觀察，很難區(qū)分可逆的彈性狀態(tài)與不可逆的塑性狀態(tài)兩者間的界限，所以標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中第8.4.2條中給出了界限推薦值，即殘余應(yīng)變占最大應(yīng)變的±5%。在彎曲負(fù)荷1.5×MML下時(shí)，負(fù)荷施加前和施加后，纏繞筒的應(yīng)變相同，即殘余應(yīng)變?cè)谧畲髴?yīng)變的±5%以內(nèi)，即為可逆的彈性階段，表明纏繞管沒(méi)有出現(xiàn)損傷。而在彎曲負(fù)荷2.5×MML下，殘余應(yīng)變?cè)试S超過(guò)最大應(yīng)變的±5%，即為不可逆的塑性階段。

空心復(fù)合絕緣子的纏繞筒是由玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂材料復(fù)合而成，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線受玻璃纖維含量不同而略有變化，但有文獻(xiàn)[9]表明同一種工藝條件制成其材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是一定的，且其重復(fù)性較好。圖6為距下端部附件上邊緣45 mm處應(yīng)變片的彎曲負(fù)荷與應(yīng)變曲線，從圖中可以看出在彎曲負(fù)荷4.5×MML之前，纏繞管受拉側(cè)和受壓側(cè)的應(yīng)變與彎曲負(fù)荷呈正比，基本處在可逆的彈性階段范圍內(nèi)，但在4.5×MML之后，應(yīng)變曲線尾部走勢(shì)表現(xiàn)不同，受拉側(cè)下曲線斜率逐漸增加表明受到的應(yīng)力迅速增大而應(yīng)變變化緩慢，受壓側(cè)下曲線斜率逐漸減小表明應(yīng)變迅速增大而應(yīng)力增加速度減小，最終導(dǎo)致纏繞筒在受拉側(cè)明顯出現(xiàn)斷裂損壞，而受壓側(cè)的管壁損壞現(xiàn)象并不明顯，這與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果的表現(xiàn)狀態(tài)相一致。

圖6 距下端部附件45 mm處應(yīng)變片的彎曲負(fù)荷與應(yīng)變曲線Fig.6 The strain curves between bending load and strain of the strain gauge pasted at the point 45 mm from the lower end fitting

結(jié)合殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比曲線和彎曲負(fù)荷與應(yīng)變曲線綜合分析，可以判斷在彎曲負(fù)荷4.5×MML之前，纏繞筒處在可逆的彈性階段，彎曲負(fù)荷4.5×MML至21.7 kN這一過(guò)程中，纏繞筒處在不可逆的塑性階段，直至最后出現(xiàn)管壁斷裂損壞，此塑性階段過(guò)程較短暫。纏繞筒的可逆彈性階段和不可逆的塑性階段界限分明，無(wú)屈服階段，變形量很小，基本屬于脆性材料范疇，表明若一旦纏繞筒管壁出現(xiàn)新的裂紋、缺陷或損傷，其很快將發(fā)生斷裂損壞。而在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定彎曲負(fù)荷2.5×MML（該值一般小于或等于SML（規(guī)定機(jī)械負(fù)荷））下，殘余應(yīng)變?cè)试S超過(guò)最大應(yīng)變的±5%，但應(yīng)保證沒(méi)有出現(xiàn)可見(jiàn)的損傷。假若試驗(yàn)時(shí)超過(guò)規(guī)定值±5%，表明纏繞筒管壁極可能有不可見(jiàn)損傷等現(xiàn)象發(fā)生，并很快可能發(fā)生斷裂損壞，甚至在還未到達(dá)SML時(shí)就已經(jīng)損壞嚴(yán)重，此外根據(jù)日常檢驗(yàn)其它各種型號(hào)的空心復(fù)合絕緣子經(jīng)驗(yàn)，在2.5×MML彎曲負(fù)荷下，殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變的百分比也都常常小于±5%，因此針對(duì)這一規(guī)定值得分析研究和討論。

標(biāo)準(zhǔn)中指出數(shù)值±5%是作為指導(dǎo)給出，將來(lái)積累了經(jīng)驗(yàn)后它可能會(huì)被修改。因?yàn)楸疚膬H初步對(duì)220 kV空心復(fù)合絕緣子進(jìn)行了最大應(yīng)變和殘余應(yīng)變的研究，樣本單一，且應(yīng)變法表征空心復(fù)合絕緣子機(jī)械特性時(shí)，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素較多，一方面是外在條件，如試驗(yàn)設(shè)備的零漂溫漂和測(cè)量誤差、應(yīng)變片的精度、應(yīng)變片的粘貼位方法和位置、電氣接觸不良等；另一方面是被試空心復(fù)合絕緣子的固有特性，如樣品的端部附件膠裝高度、纏繞筒的內(nèi)徑和壁厚等，所以目前所做的工作還不能夠?qū)Υ顺浞钟懻?，現(xiàn)階段只是積累應(yīng)變測(cè)量法數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)變法測(cè)量空心復(fù)合絕緣子的應(yīng)用提供一定的參考指導(dǎo)。下一步工作的重點(diǎn)將是研究不同型號(hào)的空心復(fù)合絕緣子的端部附件膠裝高度、纏繞筒的內(nèi)徑和壁厚對(duì)最大應(yīng)變區(qū)域位置和殘余應(yīng)變的影響規(guī)律，期望將來(lái)有足夠多的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以對(duì)界限值±5%是否準(zhǔn)確合理提供參考意見(jiàn)。

3 結(jié)論

選用220 kV空心復(fù)合絕緣子作為試樣，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD），利用動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀研究空心復(fù)合絕緣子不同位置區(qū)域的最大應(yīng)變和殘余應(yīng)變規(guī)律，得出了以下結(jié)論：

1）空心復(fù)合絕緣子纏繞管受拉側(cè)和受壓側(cè)最大應(yīng)變區(qū)域都出現(xiàn)在離下端部附件上邊緣距離45 mm處附近，這與GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD）中應(yīng)變片的粘貼位置一般推薦在離下端部附件上邊緣30 mm稍有不同；

2）彎曲負(fù)荷作用下，隨著離下端部附件上邊緣距離的增加，空心復(fù)合絕緣子纏繞管受拉側(cè)受端部附件對(duì)試樣底部區(qū)域的影響依次從強(qiáng)到弱，而在受壓側(cè)，對(duì)試樣底部區(qū)域的影響依次為弱-強(qiáng)-弱，兩側(cè)都是在距離其約45 mm處影響最??；

3）在彎曲負(fù)荷4.5×MML之前，不同粘貼位置應(yīng)變片的殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變百分比都小于2.5%，處在可逆的彈性階段；

4）空心復(fù)合絕緣子纏繞管受拉側(cè)和受壓側(cè)的彎曲負(fù)荷與應(yīng)變曲線尾部走勢(shì)略有不同，具體表現(xiàn)在受拉側(cè)曲線斜率逐漸增加，受壓側(cè)曲線斜率逐漸減小，以致最后管壁兩側(cè)斷裂損壞現(xiàn)象也不盡相同。

[1]李西育，黨鎮(zhèn)平.空心復(fù)合絕緣子密封結(jié)構(gòu)研究[J].電瓷避雷器，2013（4）:10-14.LI Xiyu，DANG Zhen-ping.Study on sealing structure of hollow composite insulator[J].Insulators and Surge Arrest?ers，2013（4）:10-14.

[2]吳光亞，張予，劉建坤，等.1 000 k V特高壓絕緣子運(yùn)行特性研究方向[J].電瓷避雷器，2008（5）:11-14.WU Guangya，ZHANG Yu，LIU Jiankun，et al.Study course on service performance of 1 000 k V UHV Insulator[J].Insulators and Surge Arresters，2008（5）:11-14.

[3]孫崗，吳光亞，張銳，等.特高壓GIS出線套管用空心復(fù)合絕緣子運(yùn)行性能分析[J].電瓷避雷器，2014（6）:1-7.SUN Gang，WU Guangya，ZHANG Rui，et al.Analysis on service performance of hollow composite insulators used on UHV GIS Bushing[J].Insulators and Surge Arresters，2014（6）:1-7.

[4]吳光亞，孫崗，張銳，等.特高壓空心復(fù)合絕緣子機(jī)械強(qiáng)度有限元計(jì)算分析[J].電瓷避雷器，2014（4）:7-13.WU Guangya，SUN Gang，ZHANG Rui，et al.Calculation and analysis on mechanical strength of UHV hollow com?posite Insulator by finite element method[J].Insulators and Surge Arresters，2014（4）:7-13.

[5]關(guān)志成.絕緣子及輸電設(shè)備外絕緣[M].北京:清華大學(xué)出版社，2006.

[6]馬斌.1100 k V交流SF6組合電器用空心復(fù)合絕緣子的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（12）:98-101.MA Bin.Implement and design of hollow composite insulators used in AC 1100 kV GIS filled with SF6[J].Power?System Technology，2006，30（12）:98-101.

[7]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998）《戶外和戶內(nèi)電氣設(shè)備用復(fù)合絕緣子定義、試驗(yàn)方法、接收準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)推薦》[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[8]張如一.應(yīng)變電測(cè)與傳感器[M].北京:清華大學(xué)出版社，1999.

[9]北京二五一廠.玻璃鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1974（2）:58-62.

Study on Mechanical Characteristic of 220 kV Composite Hollow Insulator Based on Dynamic Strain

JING Qian，ZHANG Changzheng，PENG Jing，LIU Yuxin，LIU Zhiqiang，HE Yuanhua
（Xi′an High Voltage Apparatus Research Institute Co.，Ltd.，Xi′an ，China 710077）

With the use of the 220 kV composite hollow insulator，the maximum strain and residual strain exerted on the different positions of the composite hollow insulator are studied by dynamic strain in?dicator.The experimental results show that under bending moments the maximum strain of tension and compression sides of the composite hollow insulator is measured at the point about 45 mm from the lower end fitting，which is slightly different from the recommended 30 mm by GB/T 21429—2008（IEC 61462:1998，MOD），and that the strain exerted by the lower end fitting on the bottom area of the sam?ples is not exactly the same.With the increase of the distance to the top edge of lower end fitting，the ef?fect on tension side is from strong to weak and the effect on compression side is from weak to strong，then strong to weak.Both of them have the weakest effect measured at the point about 45 mm from the lower end fitting.Before the bending load reached 4.5× MML（maximum mechanical load），the percentages of residual strain divided by maximum strain of the different pasting positions are both less than 2.5%，indi?cating the elastic phase.There are different trends of the tail curve between bending load and strain on the tension and compression side of the composite hollow insulator，which is reflected in the gradually in?creased slope of tension curve and decreased slope of the compression side curve，resulting in the differ?ent fracture phenomenon on both sides of the pipes.

composite hollow insulator；stress；strain；residual strain；mechanical characteristic；maximum mechanical load

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.06.034

2017-05-08

井謙（1984—），男，碩士，工程師，現(xiàn)從事絕緣子檢測(cè)和論證工作。