專利名稱：一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于支柱瓷絕緣子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
支柱瓷絕緣子是發(fā)電廠和變電站中的重要設(shè)備，主要用作導(dǎo)電體和接地體之間電氣絕緣和機(jī)械固定連接，其支撐設(shè)備主要包括隔離開關(guān)、母線等一次設(shè)備。近年來，我國電力系統(tǒng)多次發(fā)生支柱瓷絕緣子斷裂引起的事故，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全供電，也對運(yùn)行及檢修人員的人身安全構(gòu)成威脅。因此，為了確保支柱瓷絕緣子安全可靠運(yùn)行，必須開展對支柱瓷絕緣子斷裂原因及機(jī)理的研究。根據(jù)我國各地區(qū)支柱瓷絕緣子事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)生斷裂事故的支柱瓷絕緣子大多數(shù)是用于支撐隔離開關(guān)。高壓隔離開關(guān)在運(yùn)行中或操作時(shí)發(fā)生支柱瓷絕緣子斷裂故障，可能引發(fā)發(fā)電廠或變電站停電的重大事故。支柱瓷絕緣子斷裂故障涉及制作工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝質(zhì)量、應(yīng)力作用 、老化問題等多種因素，但直接原因是其所受最大應(yīng)力超過了許用應(yīng)力，一旦支柱瓷絕緣子所受的外部作用力超過其機(jī)械強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致裂紋甚至斷裂。根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)，隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂事故主要集中在GW6、Gff7, GW4產(chǎn)品上，這些產(chǎn)品的支柱瓷絕緣子均可能承受較大的扭矩作用，尤其是用于操作傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)絕緣子。高壓隔離開關(guān)長期暴露在大氣環(huán)境中工作，其結(jié)構(gòu)部件容易發(fā)生銹蝕，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)和傳動(dòng)連接結(jié)構(gòu)卡滯而分合閘不到位，進(jìn)而引起操作力過大，造成絕緣子損傷和斷裂。因此，對支柱瓷絕緣子承受的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進(jìn)行測試并實(shí)時(shí)監(jiān)測，對于保障隔離開關(guān)甚至電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。

實(shí)用新型內(nèi)容針對背景技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測支柱瓷絕緣子承受的扭轉(zhuǎn)載荷情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷裂事故隱患。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:—種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)，包括依次連接的直角應(yīng)變花、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)。包括兩片規(guī)格相同的直角應(yīng)變花，兩片直角應(yīng)變花固定在支柱瓷絕緣子傘根的瓷柱上，每個(gè)直角應(yīng)變花兩側(cè)的兩個(gè)應(yīng)變片與瓷柱的軸線成45 °方向角，兩片直角應(yīng)變花對稱于瓷柱的軸線，且在同一圓周上，相距180° ;兩片直角應(yīng)變花的四個(gè)應(yīng)變片組成全橋電路，通過導(dǎo)線接入電橋盒。所述電橋盒通過數(shù)據(jù)線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸入端連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的USB接口連接。制作本實(shí)用新型時(shí)，導(dǎo)線為具有良好抗干擾效果的屏蔽線，且絕緣皮良好，絕緣性能可靠；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行接地，并采用金屬屏蔽罩罩住電橋盒及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，減小支柱瓷絕緣子工作環(huán)境中的電磁干擾對測試結(jié)果的影響。測試前，在計(jì)算機(jī)上安裝采集控制軟件，進(jìn)行測試時(shí)，開啟動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電源，打開采集控制軟件，設(shè)定采樣頻率、采集時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。當(dāng)支柱瓷絕緣子受到隔離開關(guān)分合閘操作沖擊力產(chǎn)生的扭矩時(shí)，瓷件表面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，通過采集控制軟件進(jìn)行采樣，實(shí)時(shí)顯示支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)變大小及變化情況，根據(jù)胡克定律，可得出支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力情況。本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型采用電阻應(yīng)變測量技術(shù)監(jiān)測支柱瓷絕緣子的受力情況，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測支柱瓷絕緣子表面被測點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變大??；采用電磁屏蔽措施，可以有效降低強(qiáng)電磁環(huán)境對測試結(jié)果的影響，測試系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)監(jiān)測支柱瓷絕緣子的應(yīng)力應(yīng)變大小及變化情況，有助于預(yù)防斷裂事故的發(fā)生。

圖1是本實(shí)用新型中各個(gè)結(jié)構(gòu)的連接框圖；圖2是本實(shí)用新型中直角應(yīng)變花的結(jié)構(gòu)圖；圖3為直角應(yīng)變花在支柱瓷絕緣子中的安裝位置示意圖；圖4為圖3中5的放大圖，即直角應(yīng)變花在支柱瓷絕緣子中的安裝位置放大圖；圖5是本實(shí)用新型中的全橋電路簡圖。其中，I一支柱瓷絕緣子法蘭，2—支柱瓷絕緣子傘裙，3—支柱瓷絕緣子傘裙根部瓷柱，4一直角應(yīng)變花，5—直角應(yīng)變花在支柱瓷絕緣子中的安裝位置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型包括依次連接的直角應(yīng)變花、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)；本實(shí)施例中包括兩片規(guī)格相同的直角應(yīng)變花，兩片直角應(yīng)變花固定在支柱瓷絕緣子傘根的瓷柱上，每個(gè)直角應(yīng)變花兩側(cè)的兩個(gè)應(yīng)變片與瓷柱的軸線成45°方向角，兩片直角應(yīng)變花對稱于瓷柱的軸線，且在同一圓周上，相距180° ;兩片直角應(yīng)變花的四個(gè)應(yīng)變片組成全橋電路，通過導(dǎo)線接入電橋盒；電橋盒通過數(shù)據(jù)線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸入端連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的USB接口連接。 本實(shí)施例中，待測試的支柱瓷絕緣子型號為ZW-220/N3-3，是220kV電壓等級GW6型隔離開關(guān)的操作絕緣子；所采用的直角應(yīng)變花的應(yīng)變片初始電阻值為120 Ω ;所采用的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀為直流供橋高性能動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。制作本實(shí)用新型時(shí)，導(dǎo)線為具有良好抗干擾效果的屏蔽線，且絕緣皮良好，絕緣性能可靠；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行接地，并采用金屬屏蔽罩罩住電橋盒及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，減小支柱瓷絕緣子工作環(huán)境中的電磁干擾對測試結(jié)果的影響。測試前，在計(jì)算機(jī)上安裝采集控制軟件，進(jìn)行測試時(shí)，開啟動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電源，打開采集控制軟件，設(shè)定采樣頻率、采集時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。當(dāng)支柱瓷絕緣子受到隔離開關(guān)分合閘操作沖擊力產(chǎn)生的扭矩時(shí)，瓷件表面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，通過采集控制軟件進(jìn)行采樣，實(shí)時(shí)顯示支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)變大小及變化情況，根據(jù)胡克定律，可得出支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力情況。具體的制作和測試步驟如下:步驟1、粘貼直角應(yīng)變花:根據(jù)扭矩應(yīng)變測量原理，當(dāng)圓軸類構(gòu)件承受扭矩作用時(shí)，與軸線成45°方向的應(yīng)變?yōu)橹鲬?yīng)變；根據(jù)有限元仿真計(jì)算結(jié)果，支柱瓷絕緣子在承受扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，其傘裙根部瓷柱為應(yīng)力集中部位，該部位的應(yīng)力應(yīng)變最大，因此，應(yīng)將應(yīng)變花粘貼在該部位。本實(shí)用新型所述直角應(yīng)變花如圖2所示。首先，仔細(xì)清理待測部位的污垢，并用脫脂棉球蘸取丙酮溶劑，清洗待測表面以除去灰塵、油脂；然后，采用502膠水將規(guī)格相同的兩片直角應(yīng)變花粘貼在支柱瓷絕緣子傘裙根部瓷柱表面，如圖3所示，使直角應(yīng)變花兩側(cè)的兩個(gè)應(yīng)變片與瓷柱軸線成45°方向，兩片直角應(yīng)變花對稱于瓷柱的軸線，且在同一圓周上，相距180° ;待膠水固化后，采用萬用表測試各應(yīng)變片的電阻及絕緣電阻，其電阻值應(yīng)為120 Ω，絕緣電阻應(yīng)大于100M Ω。同時(shí)，在直角應(yīng)變花附近粘貼接線端子，采用電烙鐵將應(yīng)變片電阻絲與導(dǎo)線出線端焊接在接線端子上，應(yīng)保證焊接質(zhì)量，避免虛焊或短路。之后，進(jìn)行防潮處理，采用703膠涂覆于直角應(yīng)變花、接線端子表面及周圍沾有502膠的部位，以防止502膠吸收空氣水分而氧化。步驟2、連接電橋:如圖5所示，采用導(dǎo)線將上述兩片直角應(yīng)變花的四個(gè)應(yīng)變片組成全橋電路，接入電橋盒，定義四個(gè)應(yīng)變片分別為R1、R2、R3、R4，A、B、C、D表示電橋盒中各橋臂之間的連接接點(diǎn)，將R1接入A-B橋臂，R2接入B-C橋臂，R3接入C-D橋臂，R4接入A-D橋臂。所述的連接導(dǎo)線是質(zhì)量可靠的網(wǎng)線，為8芯屏蔽線，具有良好的抗干擾能力。
·[0032]步驟3、連接應(yīng)變信號采集電路:采用數(shù)據(jù)線將電橋盒接入動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀輸入端，將動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀信號輸出端連接至計(jì)算機(jī)USB接口，將動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀接地端接地，并采用金屬屏蔽罩罩住電橋盒及應(yīng)變儀，以減小支柱瓷絕緣子工作環(huán)境中的電磁干擾對測試結(jié)果的影響。步驟4、進(jìn)行測試，采集應(yīng)變信號:開啟動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀電源，打開安裝在計(jì)算機(jī)上的采集控制軟件，首先進(jìn)行示波，觀察測試系統(tǒng)軟硬件是否正常工作。然后，設(shè)定采樣頻率和連續(xù)采集時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣頻率必須是分析頻率的2倍以上，隔離開關(guān)分合閘操作頻率較低，設(shè)置采樣頻率為51.2Hz，可以滿足采集要求，同時(shí)可以濾除50Hz工頻干擾。本實(shí)施例所述的隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)為CJ6操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其分、合閘操作時(shí)間一次均為7.5s，加之中間停頓時(shí)間，一次完整的分合閘操作約耗時(shí)20s，設(shè)置連續(xù)采集時(shí)間為40s,可完整地采集到一次分合閘過程的應(yīng)變信號變化；若需要監(jiān)測多次分合閘操作過程的應(yīng)變大小，可延長連續(xù)采集時(shí)間。設(shè)定采集方式為連續(xù)采集，采集過程顯示方式為逐頁顯
/Jn ο點(diǎn)擊采集控制鍵，并進(jìn)行隔離開關(guān)分合閘操作，當(dāng)支柱瓷絕緣子受到操作沖擊力產(chǎn)生的扭矩時(shí)，瓷件表面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，通過采集控制軟件進(jìn)行采樣，即可實(shí)時(shí)顯示支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)變大小及變化情況，根據(jù)胡克定律σ =E ε，已知瓷件彈性模量Ε，即可得出支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力情況。具體實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型提供的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試結(jié)構(gòu)可以用于各個(gè)型號及電壓等級的支柱瓷絕緣子。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新`型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
權(quán)利要求1.一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的直角應(yīng)變花、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)，其特征在于:包括兩片規(guī)格相同的直角應(yīng)變花，兩片直角應(yīng)變花固定在支柱瓷絕緣子傘根的瓷柱上，每個(gè)直角應(yīng)變花兩側(cè)的兩個(gè)應(yīng)變片與瓷柱的軸線成45°方向角，兩片直角應(yīng)變花對稱于瓷柱的軸線，且在同一圓周上，相距180° ;兩片直角應(yīng)變花的四個(gè)應(yīng)變片組成全橋電路，通過導(dǎo)線接入電橋盒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)，其特征在于:所述電橋盒通過數(shù)據(jù)線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸入端連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的USB 接口連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種支柱瓷絕緣子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)，包括直角應(yīng)變花、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)；兩片規(guī)格相同的直角應(yīng)變花固定在支柱瓷絕緣子傘根的瓷柱上，每個(gè)應(yīng)變花兩側(cè)的應(yīng)變片與瓷柱軸線成45°角，兩片直角應(yīng)變花對稱于瓷柱軸線，在同一圓周上相距180°；兩片直角應(yīng)變花的四個(gè)應(yīng)變片組成全橋電路，通過導(dǎo)線接入電橋盒；電橋盒通過數(shù)據(jù)線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸入端連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的USB接口連接；通過計(jì)算機(jī)上的采集控制軟件實(shí)時(shí)顯示支柱瓷絕緣子待測部位的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變大小及變化情況。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測支柱瓷絕緣子瓷件表面被測點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，有助于預(yù)防支柱瓷絕緣子斷裂事故的發(fā)生。
文檔編號G01B7/16GK203148607SQ20132013289
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者邱志斌, 阮江軍, 黃道春, 姚文軍, 李永東, 吳軍, 黃聿琛, 段大剛, 廖亦亮, 張恩偉, 宋巍, 王軍, 張建興, 魏曉偉, 于文博 申請人:武漢大學(xué), 冀北電力有限公司檢修分公司, 國家電網(wǎng)公司