特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型及其質量模擬方法與流程

2023-07-12 20:50:46 1

本發明涉及變電站設備技術領域，尤其涉及一種特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型及其質量模擬方法。

背景技術：

隨著我國輸變電工程向高壓、超高壓和特高壓方向發展，交流變電站和直流換流站中裝備了大量的關鍵變電設備，這些關鍵變電設備一般通過支柱絕緣子進行支撐。傳統的，在變電站中採用的支柱絕緣子多為陶瓷材料，陶瓷材料為脆性材料，其彈性模量較大，但是抗衝擊性能和延性較差，一旦在內部形成微小裂紋，就容易在地震中造成脆性斷裂破壞，進而造成變電設備的損壞。近年來，複合支柱絕緣子因具有耐汙性能好，重量輕，強度高，抗衝擊性能好，不宜破碎等優點，開始逐漸被電力系統接受並投入使用。

一般的，用於支撐管母線的複合支柱絕緣子是安裝在支架上面，由多個複合支柱絕緣子組成的單柱支柱絕緣子需要支撐設置在其上部的均壓環和兩側的管母線等重量，由於支架對地震波的放大作用，使得支撐管母線的單柱支柱絕緣子受到的地震強度大於實際地震強度。為保證支撐的可靠性，需要研究多個單柱支柱絕緣子與管母線耦聯體系下的抗震性能，尤其是應用在一些高烈度地區時，需要進行抗震試驗，獲取單柱支柱絕緣子的抗震性能。但是，現有針對多個單柱支柱絕緣子與管母線耦聯體系的抗震試驗研究較少，沒有適於進行抗震試驗的試驗模型。

技術實現要素：

基於此，本發明在於克服現有技術的缺陷，提供一種結構簡單、製造方便、試驗成本較低且便於測點布置的特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型及其質量模擬方法。

其技術方案如下：

一種特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型，包括內側管母線，所述內側管母線的兩端均設有單柱試驗模型，所述單柱試驗模型包括支架和單柱支柱絕緣子，所述支架用於安裝在振動臺上，所述單柱支柱絕緣子包括多個依次連接的複合支柱絕緣子，所述單柱支柱絕緣子的下端安裝在所述支架上，所述單柱支柱絕緣子的上端設有配重件，所述配重件的上端設有金具，所述內側管母線的兩端分別與對應端的單柱試驗模型的金具連接。

在其中一個實施例中，所述複合支柱絕緣子包括絕緣子芯棒以及套設在所述絕緣子芯棒外側的矽橡膠護套，所述矽橡膠護套與所述絕緣子芯棒連接，所述矽橡膠護套通過矽橡膠膜纏繞所述絕緣子芯棒形成，所述矽橡膠護套在所述絕緣子芯棒的外壁上均勻分布。

在其中一個實施例中，所述絕緣子芯棒的兩端分別設有法蘭，所述矽橡膠護套包括沿絕緣子芯棒軸向方向設置的第一護套和第二護套，所述第一護套遠離第二護套的端部與所述絕緣子芯棒第一端的法蘭之間預留有第一安裝間隙，所述第一護套與第二護套之間預留有第二安裝間隙，所述第二護套遠離第一護套的端部與所述絕緣子芯棒第二端的法蘭之間預留有第三安裝間隙，所述第二安裝間隙位於所述絕緣子芯棒的中部。

在其中一個實施例中，所述第一護套的外側設有用於環向固定其自身的第一固定件，所述第二護套的外側設有用於環向固定其自身的第二固定件，所述第一安裝間隙處、第二安裝間隙處以及第三安裝間隙處均設有縱向固定組件，所述縱向固定組件用於縱向固定所述第一護套和第二護套。

在其中一個實施例中，所述縱向固定組件包括至少兩塊固定墊塊以及用於環向固定所述固定墊塊的第三固定件，至少兩塊固定墊塊沿絕緣子芯棒的周向布置，位於第一安裝間隙處的固定墊塊的一端與絕緣子芯棒第一端的法蘭接觸，另一端與第一護套的端部接觸；位於第二安裝間隙處的固定墊塊的一端與第一護套的端部接觸，另一端與第二護套的端部接觸；位於第三安裝間隙處的固定墊塊的一端與絕緣子芯棒第二端的法蘭接觸，另一端與第二護套的端部接觸。

在其中一個實施例中，所述第一固定件包括三根固定鋼絲，三根固定鋼絲分別布置在所述第一護套沿絕緣子芯棒軸向方向的上部、中部和下部；所述第二固定件包括三根固定鋼絲，三根固定鋼絲分別布置在所述第二護套沿絕緣子芯棒軸向方向的上部、中部和下部；所述第三固定件包括兩根固定鋼絲，兩根固定鋼絲分別布置在所述固定墊塊沿絕緣子芯棒軸向方向的上部和下部；所述縱向固定組件包括四塊固定墊塊，四塊固定墊塊沿所述絕緣子芯棒的周向均勻布置。

在其中一個實施例中，每根所述單柱支柱絕緣子包括五個複合支柱絕緣子。

在其中一個實施例中，所述配重件為鐵板。

一種特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型的質量模擬方法，位於內側管母線兩端的單柱試驗模型的上端分別與內側管母線的對應端連接，形成雙柱耦聯結構，單柱試驗模型包括支架和安裝在支架上的單柱支柱絕緣子，單柱支柱絕緣子包括多個依次連接的複合支柱絕緣子，在單柱支柱絕緣子的上端設置用於等效模擬單柱支柱絕緣子上部的均壓環和外側管母線的配重件。

在其中一個實施例中，在絕緣子芯棒的外側設置用於等效模擬複合支柱絕緣子的矽橡膠傘裙的矽橡膠護套；採用固定鋼絲在環向方向上將矽橡膠護套固定在絕緣子芯棒外側；採用縱向固定組件在縱向方向上將矽橡膠護套固定在絕緣子芯棒外側。

本發明的有益效果在於：

在地震中，單柱支柱絕緣子頂部的均壓環與兩側管母線對單柱支柱絕緣子不起力學作用，其對單柱支柱絕緣子的力學性能影響可簡化為集中質量。上述特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型，採用內側管母線以及設置在其兩端的單柱試驗模型形成雙柱耦聯體系，通過雙柱耦聯體系可等效模擬變電站中多個單柱支柱絕緣子與管母線耦聯的體系，模型效果與實際工況接近；在每個單柱試驗模型中，通過在單柱支柱絕緣子上端設置配重件，實際試驗時，可將配重件的質量設置地與單柱支柱絕緣子頂部原有的均壓環和外側管母線質量相當，進而配重件能夠等效模擬單柱支柱絕緣子頂部原有的均壓環和外側管母線，進行抗震試驗時，不會影響整個試驗模型的力學性能，對抗震試驗沒有影響，無需額外設置價格較為昂貴的均壓環與外側管母線，結構簡單、製造成本較低；並且，可預先在配重件上留出測點布置空間，相比於在管母線和均壓環上布置測點，測點布置更加容易，極大地方便了抗震試驗中的測點布置。所述特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型，結構簡單、製造方便，試驗成本較低，且測點布置方便。

所述特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型的質量模擬方法，採用內側管母線以及設置在其兩端的單柱試驗模型形成雙柱耦聯體系，採用配重件等效模擬單柱支柱絕緣子上部原有的均壓環質量和外側管母線質量，模型效果與實際工況接近，對複合支柱絕緣子的抗震試驗沒有影響，且無需額外設置價格較為昂貴的均壓環與外側管母線，模擬方法簡單，且能夠有效降低試驗成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例所述的特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型的結構示意圖；

圖2為圖1中的放大示意圖；

圖3為本發明實施例所述的複合支柱絕緣子的結構示意圖；

圖4為本發明實施例所述的複合支柱絕緣子的局部剖開結構示意圖。

附圖標記說明：

10、內側管母線，20、單柱試驗模型，210、支架，220、單柱支柱絕緣子，221、複合支柱絕緣子，2211、絕緣子芯棒，2212、矽橡膠護套，2212a、第一護套，2212b、第二護套，2213、法蘭，2214、第一安裝間隙，2215、第二安裝間隙，2216、第三安裝間隙，2217、第一固定件，2218、第二固定件，2219、縱向固定組件，2219a、固定墊塊，2219b、第三固定件，230、配重件，240、金具，100、振動臺。

具體實施方式

下面對本發明的實施例進行詳細說明：

如圖1、圖2所示，一種特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型，包括內側管母線10，所述內側管母線10的兩端均設有單柱試驗模型20，所述單柱試驗模型20包括支架210和單柱支柱絕緣子220，所述支架210用於安裝在振動臺100上，所述單柱支柱絕緣子220包括多個依次連接的複合支柱絕緣子221，所述單柱支柱絕緣子220的下端安裝在所述支架210上，所述單柱支柱絕緣子220的上端設有配重件230，所述配重件230的上端設有金具240，所述內側管母線10的兩端分別與對應端的單柱試驗模型20的金具240連接。其中，定義所述單柱支柱絕緣子220與支架210連接的一端為下端，所述單柱支柱絕緣子220遠離支架210的一端為上端。

本實施例中，所述配重件230為鐵板，製造方便、成本較低。所述支架210採用實際工況中應用的支架，支架210的剛度及其與單柱支柱絕緣子220的連接方式均與實際工況相同，模型效果與實際工況接近，模擬效果好。每根所述單柱支柱絕緣子220包括五個複合支柱絕緣子221，本實施例的特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型可作為±800KV特高壓直流輸變電工程背景下的抗震試驗模型。實際試驗時，採用雲南人工地震波模擬實際地震波，適用於抗9度地震烈度的抗震試驗，人工波譜模擬滿足規範要求，地震模擬效果與實際地震情況相符。

在地震中，單柱支柱絕緣子220頂部的均壓環與兩側管母線對單柱支柱絕緣子220不起力學作用，其對單柱支柱絕緣子220的力學性能影響可簡化為集中質量。上述特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型，採用內側管母線10以及設置在其兩端的單柱試驗模型20形成雙柱耦聯體系，通過雙柱耦聯體系可等效模擬變電站中多個單柱支柱絕緣子與管母線耦聯的體系，模型效果與實際工況接近；在每個單柱試驗模型20中，通過在單柱支柱絕緣子220上端設置配重件230，實際試驗時，可將配重件230的質量設置地與單柱支柱絕緣子220頂部原有的均壓環和外側管母線質量相當，進而配重件230能夠等效模擬單柱支柱絕緣子220頂部原有的均壓環和外側管母線，進行抗震試驗時，不會影響整個試驗模型的力學性能，對抗震試驗沒有影響，無需額外設置價格較為昂貴的均壓環與外側管母線，結構簡單、製造成本較低；並且，可預先在配重件230上留出測點布置空間，相比於在管母線和均壓環上布置測點，測點布置更加容易，極大地方便了抗震試驗中的測點布置。其中，所述單柱支柱絕緣子220頂部原有的外側管母線是指該單柱支柱絕緣子220遠離另一根單柱支柱絕緣子220的一側的管母線，相當是指質量相同或大致相同。所述特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型，結構和原理簡單、製造方便，試驗成本較低、測點布置方便，配重件230能夠傳力到單柱支柱絕緣子220上，再傳力到支架210上，最後再由支架210傳力到振動臺100，各部分主次分明、傳力明確，模型設計合理。

如圖3、圖4所示，所述複合支柱絕緣子221包括絕緣子芯棒2211以及套設在所述絕緣子芯棒2211外側的矽橡膠護套2212，所述矽橡膠護套2212與所述絕緣子芯棒2211連接。所述矽橡膠護套2212通過矽橡膠膜纏繞所述絕緣子芯棒2211形成，為多層薄層膜狀結構，所述矽橡膠護套2212在所述絕緣子芯棒2211的外壁上均勻分布。為了便於示意，圖4中將絕緣子芯棒2211外側的矽橡膠護套2212剖開1/4。

一般的，複合支柱絕緣子221包括絕緣子芯棒2211和矽橡膠傘裙，絕緣子芯棒2211與矽橡膠傘裙是分離模式，在地震中，絕緣子芯棒2211為主要受力構件，矽橡膠傘裙為附屬結構，不起力學作用，其對力學性能的影響可簡化為分布質量。所述複合支柱絕緣子221，通過在絕緣子芯棒2211的外側設置均勻分布在其外壁上的矽橡膠護套2212，實際需要對某一型號的複合支柱絕緣子進行抗震試驗時，僅需將與該型號複合支柱絕緣子的矽橡膠傘裙質量相當的矽橡膠膜均勻纏繞在絕緣子芯棒2211的外壁上，使矽橡膠護套2212的質量與該型號複合支柱絕緣子原有的矽橡膠傘裙質量相當，矽橡膠護套2212即能夠等效模擬複合支柱絕緣子221原有的矽橡膠傘裙，矽橡膠護套2212與矽橡膠傘裙在力學上可視為等效代替，複合支柱絕緣子即可等效模擬現有的複合支柱絕緣子以進行抗震試驗，模擬效果真實，對抗震試驗沒有影響，進行抗震試驗時無需另行製造適於試驗的矽橡膠傘裙，製造簡單方便，可進一步降低試驗成本。

所述絕緣子芯棒2211的兩端分別設有法蘭2213，所述矽橡膠護套2212包括沿絕緣子芯棒2211軸向方向設置的第一護套2212a和第二護套2212b，所述第一護套2212a遠離第二護套2212b的端部與所述絕緣子芯棒2211第一端的法蘭2213之間預留有第一安裝間隙2214，所述第一護套2212a與第二護套2212b之間預留有第二安裝間隙2215，所述第二護套2212b遠離第一護套2212a的端部與所述絕緣子芯棒2211第二端的法蘭2213之間預留有第三安裝間隙2216，所述第二安裝間隙2215位於所述絕緣子芯棒2211的中部。採用上述結構，絕緣子芯棒2211的兩個端部以及中部可分別預留一段安裝間隙，進而便於測點設置、便於傳感器的布置。與原有的複合支柱絕緣子221結構相比，原有結構由於採用矽橡膠傘裙，使得絕緣子芯棒2211沒有暴露在外，而為滿足試驗精度的要求，試驗中布置的測點需要直接與絕緣子芯棒2211接觸，這使得試驗時要對矽橡膠傘裙重新加工，製造難度大、測點布置難度大，且價格昂貴，本實施例的複合支柱絕緣子221採用上述結構後，結構簡單、便於製造，可根據確定好的測定位置，預先留出安裝間隙便於測點設置，極大地方便了測量系統的布置，傳感器布置方便，有利於提高抗震試驗的測量準確性。

本實施例中，所述第一護套2212a的外側設有用於環向固定其自身的第一固定件2217，所述第二護套2212b的外側設有用於環向固定其自身的第二固定件2218，所述第一安裝間隙2214處、第二安裝間隙2215處以及第三安裝間隙2216處均設有縱向固定組件2219，所述縱向固定組件2219用於縱向固定所述第一護套2212a和第二護套2212b。所述矽橡膠護套2212通過第一固定件2217、第二固定件2218以及縱向固定組件2219固定在絕緣子芯棒2211的外壁上。第一固定件2217、第二固定件2218用於在環向方向上固定第一護套2212a、第二護套2212b，縱向固定組件2219用於在縱向方向固定第一護套2212a、第二護套2212b，防止第一護套2212a與第二護套2212b滑落。在進行抗震試驗中，所述矽橡膠護套2212能夠被可靠地固定在絕緣子芯棒2211上，不易滑落，不會影響試驗結果。

進一步的，所述縱向固定組件2219包括至少兩塊固定墊塊2219a以及用於環向固定所述固定墊塊2219a的第三固定件2219b，至少兩塊固定墊塊2219a沿絕緣子芯棒2211的周向布置，位於第一安裝間隙2214處的固定墊塊2219a的一端與絕緣子芯棒2211第一端的法蘭2213接觸，另一端與第一護套2212a的端部接觸；位於第二安裝間隙2215處的固定墊塊2219a的一端與第一護套2212a的端部接觸，另一端與第二護套2212b的端部接觸；位於第三安裝間隙2216處的固定墊塊2219a的一端與絕緣子芯棒2211第二端的法蘭2213接觸，另一端與第二護套2212b的端部接觸。採用上述結構，位於第一安裝間隙2214處的固定墊塊2219a、位於第二安裝間隙2215處的固定墊塊2219a以及位於第三安裝間隙2216處的固定墊塊2219a能夠頂住第一護套2212a與第二護套2212b，進而有效防止第一護套2212a和第二護套2212b滑落，所述縱向固定組件2219結構簡單、製造方便，縱向固定效果好。

進一步的，所述第一固定件2217包括三根固定鋼絲，三根固定鋼絲分別布置在所述第一護套2212a沿絕緣子芯棒2211軸向方向的上部、中部和下部。所述第二固定件2218包括三根固定鋼絲，三根固定鋼絲分別布置在所述第二護套2212b沿絕緣子芯棒2211軸向方向的上部、中部和下部。所述第三固定件2219b包括兩根固定鋼絲，兩根固定鋼絲分別布置在所述固定墊塊2219a沿絕緣子芯棒2211軸向方向的上部和下部。所述縱向固定組件2219包括四塊固定墊塊2219a，四塊固定墊塊2219a沿所述絕緣子芯棒2211的周向均勻布置。採用上述設置，在保證用於固定矽橡膠護套2212的附加固定鋼絲、固定墊塊2219a儘量少情況下，又能夠將矽橡膠護套2212穩固固定在絕緣子芯棒2211上，不會對影響抗震試驗。本實施例中，固定墊塊2219a採用木質材料，木質墊塊相較於金屬墊塊等其他材料的墊塊，重量輕，摩擦力大，對整個矽橡膠護套2212的質量影響小，而又不易鬆動，固定效果好，且木質墊塊也不易與金屬材質的端部法蘭2213發生摩擦磨損。

如圖1、圖2、圖3所示，一種特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型的質量模擬方法，位於內側管母線10兩端的單柱試驗模型20的上端分別與內側管母線10的對應端連接，形成雙柱耦聯結構，單柱試驗模型20包括支架210和安裝在支架210上的單柱支柱絕緣子220，單柱支柱絕緣子220包括多個依次連接的複合支柱絕緣子221，在單柱支柱絕緣子220的上端設置用於等效模擬單柱支柱絕緣子220上部的均壓環和外側管母線的配重件230。

所述特高壓直流雙柱耦聯複合支柱絕緣子抗震試驗模型的質量模擬方法，採用內側管母線10以及設置在其兩端的單柱試驗模型20形成雙柱耦聯體系，通過雙柱耦聯體系等效模擬變電站中多個單柱支柱絕緣子與管母線耦聯體系，採用配重件230等效模擬單柱支柱絕緣子220上部原有的均壓環質量和頂部外側原有的管母線質量，模型效果與實際工況接近，對複合支柱絕緣子221的抗震試驗沒有影響，且無需額外設置價格較為昂貴的均壓環與外側管母線，模擬方法簡單，且能夠有效降低試驗成本。

進一步的，在絕緣子芯棒2211的外側設置用於等效模擬複合支柱絕緣子的矽橡膠傘裙的矽橡膠護套2212；採用固定鋼絲在環向方向上將矽橡膠護套2212固定在絕緣子芯棒2211外側；採用縱向固定組件2219在縱向方向上將矽橡膠護套2212固定在絕緣子芯棒2211外側。採用矽橡膠護套2212等效模擬複合支柱絕緣子221原有的矽橡膠傘裙，矽橡膠護套2212通過固定鋼絲與縱向固定組件2219進行固定，矽橡膠固定可靠，且固定鋼絲與縱向固定組件2219對矽橡膠護套2212的整體質量的影響小，矽橡膠護套2212的模擬效果真實，與矽橡膠傘裙在力學上可視為等效代替，對整個複合支柱絕緣子221的抗震試驗沒有影響，進行抗震試驗時無需另行製造適於試驗的矽橡膠傘裙，製造簡單方便，可進一步降低製造成本。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。