复合绝缘子的起振风速评估方法及选型方法技术

本发明专利技术公开复合绝缘子的起振风速评估方法及选型方法，包括：对复合绝缘子进行有限元仿真，获取伞裙上、下表面风压分布云图；选取下表面风压分布云图中包括第一伞裙边缘的正风压集中区域，选取下表面风压分布云图中覆盖正风压集中区域的负风压集中区域，制作形状与负风压集中区域一致的加载片；将加载片粘贴于伞裙表面的相应位置，在加载片上加载重物负荷以使伞裙产生形变，并测量形变，然后计算单位压强形变；根据单位压强形变与起振风速之间的对应关系，将单位压强形变代入所述对应关系，即得复合绝缘子的起振风速。本方法容易操作实施，可较准确评估复合绝缘子的起振风速，供选出能安全运行于强风区的复合绝缘子。

【技术实现步骤摘要】
复合绝缘子的起振风速评估方法及选型方法
本专利技术涉及高压输电
，尤其涉及一种用于高电压外绝缘的复合绝缘子的起振风速评估方法，以及复合绝缘子的选型方法。
技术介绍
复合绝缘子是高压输电线路中经常用到的器件，常见于输电线路杆塔、高压电线连接塔，用于固定悬挂导线以及在杆塔和高压导线之间起电气绝缘的作用。复合绝缘子包括芯棒、护套和多个伞裙，芯棒的外侧粘结有一体成型的护套和伞裙。其中，芯棒主要材料为玻璃纤维，护套和伞裙的材料为高温硫化硅橡胶，硅橡胶具备较低的弹性模量，质地柔软，导致伞裙结构具备较低刚度，因此伞裙的抗弯及抗振能力极其薄弱。复合绝缘子是用于户外环境中，因此不可避免地会遇到强风气候环境，比如我国西北地区，仅在新疆地区就存在八大著名风区，例如位于乌鲁木齐与吐鲁番之间著名的“三十里风区”，其在10米高度处平均最高风速达42m/s，根据自然风速剖面曲线推算到750kV杆塔平均呼称高46m处的最高风速达到50m/s，这对复合绝缘子的安全运行是一个巨大挑战：前述提及复合绝缘子伞裙的材料为低弹性模量的硅橡胶，导致其抗弯和抗振能力较弱。复合绝缘子在强风下的振动现象是一个复杂的过程，随着施加风速的逐步提高，通常包括轻微形变、边缘颤振、大幅摆动、大幅形变等过程，在伞裙发生轻微形变和边缘颤振时，由于伞裙根部应力尚不足以到达硅橡胶的疲劳极限，因此不会发生影响绝缘子寿命的疲劳破坏现象，而当风速进一步增大时，伞裙出现大幅度的摆动，根部受到应力反复作用和释放，使得硅橡胶材料发生疲劳现象，逐渐发生撕裂，最终使复合绝缘子损坏报废。大幅形变导致伞裙根部倒角处产生严重的应力集中，长期的周期性应力作用导致该区域硅橡胶材料疲劳松弛，甚至发展成撕裂故障。目前该故障已经成为强风区复合绝缘子外绝缘子故障的主要防备对象之一，已对电力系统经济、安全运行造成巨大威胁。复合绝缘子开始发生大幅摆动时的风速称为起振风速，它是复合绝缘子抗风性能最重要的指标，其中，所述大幅摆动定义为伞裙摆动时会碰到相邻上/下伞裙的摆动或振动。目前，风洞试验是测量复合绝缘子起振风速的唯一直接手段，测量结果准确，可重复性高，但风洞试验周期长、耗资高，且风洞资源有限。复合绝缘子现有的各种选型方法中，并不包括复合绝缘子起振风速的评估，因此当选出的复合绝缘子应用于强风区时，无法保证复合绝缘子的使用寿命和性能，极易出现绝缘子伞裙剧烈摆动，伞裙根部应力集中问题，即容易发生伞裙剧烈摆动引起的根部撕裂故障。
技术实现思路
经研究发现，复合绝缘子伞裙在风压作用下的单位压强形变和起振过程关系密切，因此本专利技术提出一种复合绝缘子的起振风速评估方法，基于对伞裙在风压下的单位压强形变的推算，并利用单位压强形变与起振风速的对应关系，评估出复合绝缘子的起振风速，从而避免将抗风能力较弱的绝缘子应用于强风区而使得伞裙大幅摆动、甚至造成撕裂而对电力系统安全造成威胁。本专利技术通过以下技术方案来解决上述技术问题：复合绝缘子的起振风速评估方法，其中复合绝缘子包括芯棒以及粘结于芯棒外且一体成型的护套和多个伞裙，所述起振风速评估方法包括以下步骤：S1、对所述复合绝缘子进行有限元仿真：施加风力于所述复合绝缘子，并获取第一伞裙的上、下表面风压分布云图；当所述多个伞裙直径不相等时，所述第一伞裙为所述多个伞裙中直径最大的伞裙，当所述多个伞裙直径相等时，所述第一伞裙为所述多个伞裙中的任意一个伞裙；S2、制作加载片：选取所述下表面风压分布云图中包括第一伞裙边缘的正风压集中区，选取所述上表面风压分布云图中被所述正风压集中区覆盖的负风压集中区，制作形状与所述正风压集中区或所述负风压集中区一致的加载片，且所述加载片的外边缘圆弧具有与所述第一伞裙相同的径；S3、计算单位压强形变：若所述复合绝缘子为非对称伞型，则将所述加载片粘贴于所述第一伞裙下表面并翻转所述复合绝缘子以使所述下表面朝上，若所述复合绝缘子为对称伞型，则将所述加载片粘贴于伞裙朝上的表面上；然后，通过在所述加载片上加载负荷使所述第一伞裙产生形变，通过测量形变，得到所述第一伞裙在所述负荷作用下的单位压强形变；S4、根据单位压强形变与起振风速之间的对应关系，将步骤S3所得的单位压强形变代入所述对应关系，即可得到所述复合绝缘子的起振风速。上述起振风速评估方法，根据复合绝缘子在强风下的受力情况进行有限元仿真，在复合绝缘子的风压集中区逐渐加载重物负荷，通过测量多种重量负荷下该风压集中区所产生的形变量，并计算单位压强形变，然后根据单位压强形变与起振风速之间的对应关系，即可估算出起振风速。方法容易操作实施，可以较为准确地评估复合绝缘子的起振风速，基于该起振风速，即可选出能够应用于强风区而不会出现伞裙大幅摆动(伞裙摆动时碰到相邻上/下的伞裙可称为大幅摆动)甚至伞裙撕裂的复合绝缘子，以保证复合绝缘子在强风区的安全可靠运行。在更加优选的技术方案中，所述加载片为月牙状，并且外边缘圆弧为半圆弧。月牙状的、外边缘圆弧为半圆弧的加载片更加接近于通过上述有限元仿真分析得到的风压集中区，使用该加载片来加载重物，更加接近复合绝缘子实际使用中受风压时的受力情况，最终能使起振风速评估结果更为准确。在更加优选的技术方案中，步骤S3中，所述加载片的外边缘圆弧与第一伞裙边缘对齐，所述加载片的外边缘圆弧中点处具有用于悬挂所述负荷的悬挂点。在更加优选的技术方案中，步骤S3中通过测量形变得到单位压强形变的过程具体包括：S31、在所述悬挂点上逐渐增加所述负荷的重量，测量得到多个对应不同重量的伞裙形变值；S32、以重量为横轴、伞裙形变值为纵轴，将步骤S31中的多个重量及其对应的伞裙形变值的散点图进行线性拟合，得到形变——负荷重量关系线，并求取该形变——负荷重量关系线的斜率K；S33、计算单位压强形变t＝KS/g，其中S为所述加载片的面积，g为重力加速度。在更加优选的技术方案中，步骤S4中的所述对应关系通过以下步骤推算出：S41、选取同样耐压值的多个不同型号复合绝缘子分别执行步骤S1至S3，得到相应的多个单位压强形变；对选取的多个复合绝缘子进行风洞试验，得到相应的多个起振风速；S42、以单位压强形变为横轴、起振风速为纵轴，将步骤S41中的多个单位压强形变以及多个起振风速的散点图进行线性拟合，得到起振风速与单位压强形变之间的所述对应关系。通过本方案获取所述对应关系，仅需选取某种耐压值的多个不同型号的复合绝缘子来进行实验即可推算出：针对选出的多支复合绝缘子进行前述的单位压强形变计算以及风洞试验获取起振风速，根据得出的这些绝缘子的多个单位压强以及多个起振风速，描绘散点图，再对散点图进行线性拟合，即可得出所述对应关系；将该对应关系应用于前述起振风速评估方法中时，针对需要评估的复合绝缘子，无需再进行风洞试验，只需计算单位压强形变，然后将得到的单位压强形变值代入到所述对应关系中，即可得出单位压强形变所对应的起振风速。在更加优选的技术方案中，所述加载片的材质为塑胶或有机玻璃，且厚度为2～5mm。由于单位压强形变的计算中，加载片本身重量对伞裙的形变是忽略不计的，因此加载片宜采用较轻的硬质材料，并且厚度有一定的要求，太薄容易撕裂，太厚又使得加载片重量过大，导致单位压强形变的计算准确度降低。在更加优选的技术方案中，步骤S3中所述复合绝缘子垂直于地面竖本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合绝缘子的起振风速评估方法，其中复合绝缘子包括芯棒以及粘结于芯棒外且一体成型的护套和多个伞裙，其特征在于：包括以下步骤：S1、对所述复合绝缘子进行有限元仿真：施加风力于所述复合绝缘子，并获取第一伞裙的上、下表面风压分布云图；当所述多个伞裙直径不相等时，所述第一伞裙为所述多个伞裙中直径最大的伞裙，当所述多个伞裙直径相等时，所述第一伞裙为所述多个伞裙中的任意一个伞裙；S2、制作加载片：选取所述下表面风压分布云图中包括第一伞裙边缘的正风压集中区，选取所述上表面风压分布云图中被所述正风压集中区覆盖的负风压集中区，制作形状与所述正风压集中区或所述负风压集中区一致的加载片，且所述加载片的外边缘圆弧具有与所述第一伞裙相同的直径；S3、计算单位压强形变：若所述复合绝缘子为非对称伞型，则将所述加载片粘贴于所述第一伞裙下表面并翻转所述复合绝缘子以使所述下表面朝上，若所述复合绝缘子为对称伞型，则将所述加载片粘贴于伞裙朝上的表面上；然后，通过在所述加载片上加载负荷使所述第一伞裙产生形变，通过测量形变，得到所述第一伞裙在所述负荷作用下的单位压强形变；S4、根据单位压强形变与起振风速之间的对应关系，将步骤S3所得的单位压强形变代入所述对应关系，即可得到所述复合绝缘子的起振风速。...

【技术特征摘要】
1.复合绝缘子的起振风速评估方法，其中复合绝缘子包括芯棒以及粘结于芯棒外且一体成型的护套和多个伞裙，其特征在于：包括以下步骤：S1、对所述复合绝缘子进行有限元仿真：施加风力于所述复合绝缘子，并获取第一伞裙的上、下表面风压分布云图；当所述多个伞裙直径不相等时，所述第一伞裙为所述多个伞裙中直径最大的伞裙，当所述多个伞裙直径相等时，所述第一伞裙为所述多个伞裙中的任意一个伞裙；S2、制作加载片：选取所述下表面风压分布云图中包括第一伞裙边缘的正风压集中区，选取所述上表面风压分布云图中被所述正风压集中区覆盖的负风压集中区，制作形状与所述正风压集中区或所述负风压集中区一致的加载片，且所述加载片的外边缘圆弧具有与所述第一伞裙相同的直径；所述加载片为月牙状，并且外边缘圆弧为半圆弧；S3、计算单位压强形变：若所述复合绝缘子为非对称伞型，则将所述加载片粘贴于所述第一伞裙下表面并翻转所述复合绝缘子以使所述下表面朝上，若所述复合绝缘子为对称伞型，则将所述加载片粘贴于伞裙朝上的表面上；然后，通过在所述加载片上加载负荷使所述第一伞裙产生形变，通过测量形变，得到所述第一伞裙在所述负荷作用下的单位压强形变；S4、根据单位压强形变与起振风速之间的对应关系，将步骤S3所得的单位压强形变代入所述对应关系，即可得到所述复合绝缘子的起振风速。2.如权利要求1所述的起振风速评估方法，其特征在于：步骤S3中，所述加载片的外边缘圆弧与第一伞裙边缘对齐，所述加载片的外边缘圆弧中点处具有用于悬挂所述负荷的悬挂点。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志东，雷云泽，朱正一，王言，周军，邓桃，邓禹，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44