多重荷载下的复合支柱绝缘子机械疲劳试验方法设计

吴涛

（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃 嘉峪关 735100）

多重荷载下的复合支柱绝缘子机械疲劳试验方法设计

吴涛

（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃 嘉峪关 735100）

在大风条件的影响下，复合支柱绝缘子在实际的应用中容易出现机械疲劳现象，对于构件的功能特性造成了较大的影响。因此，技术人员需要对这种机械疲劳产生的原因进行深入地分析，运用可靠的试验方法对负荷支柱绝缘子的安全性能进行综合地评估。同时，由于这种构件使用中容易受到多重荷载的影响，对其使用寿命的延长带来了潜在地威胁。本文将以变电站管型母线复合绝缘子为主要的研究对象，对多重荷载作用下这种绝缘子疲劳试验方法设计进行必要地分析，以便为相关的研究工作开展提供可靠的参考依据。

多重荷载；复合支柱绝缘子；机械疲劳；试验方法；设计；研究对象

变电站管型母线配电装置的整体布置合理，长期使用过程中有着较强的抗干扰性，自身的结构也较为简单，为维修人员处理维修工作中存在的各种问题带来了极大的方便。结合这种配电装置的结构特点，可知其中的绝缘支柱为配电装置中管型母线的固定带来了重要的保障作用，有利益增强电气绝缘的实际作用效果。同时，为了保证变电站的正常工作，需要对其中复合支柱绝缘子的抗压性能进行综合地评估，确保相关的生产设备的正常使用。在此形势影响下，文中通过对变电站复合支柱绝缘子相关内容的系统阐述，指出了其机械疲劳试验方法设计的必要性。

1　弯扭荷载导致的绝缘支柱断裂分析

变电站管型母线安装不合理，使用中受到各种自然条件的影响，容易使管型母线出现变形问题，致使复合支柱的绝缘子承受了比较大的弯矩，对于绝缘子的使用寿命造成了较大的影响。某些绝缘支柱安装时没有设置在两端，导致与其相关的管型母线的安装也无法处于中心线，客观地加大了扭转力产生的几率。在一定的风力条件影响下，管型母线接头接地处的刀闸支柱实际的摆动幅度大，容易造成绝缘支柱的断裂。

在实际的研究过程中，如果只对支撑刀闸与隔离开关的绝缘支柱相关的参数进行重点的考虑，加上某些传动构建设计的不合理，可能会降低复合支柱绝缘子的抗压性能，导致绝缘子使用过程中受到了较大的操作力的影响，给相关生产设备的正常使用带来了潜在的安全隐患。同时，在分合闸操作的过程中，当绝缘支柱带动刀闸转动时受到较大扭矩力的影响时，将会导致绝缘支柱的断裂，限制了复合支柱绝缘子实际作用的充分发挥。同时，部分引线设置过程中由于距离相对较短，导致风力条件作用下隔离开关的绝缘支柱将会产生较大的弯矩，影响着绝缘子的正常使用。

2　多重荷载作用下管母复合支柱绝缘子机械疲劳试验方法设计

（1）施加荷载的大小。在对绝缘子机械疲劳试验方法设计的过程中，需要对不同的荷载因素进行充分地考虑，采取可靠的技术手段对这些荷载产生的作用效果进行深入地分析，确保设计得出的有关绝缘子的机械疲劳试验方法在实际的应用中能够达到预期的效果。主要的荷载包括：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。

①永久荷载。这种荷载包含着许多设备使用中产生的张力，像设备的自重、机构的自重等。在具体的试验开展中，主要考虑了复合支柱所支撑设备的自身重量及管型母线安装不规范产生的扭力，按照一定的方式把这些扭力加载到试验中的样品两端，从而对实际的结果进行必要地分析。设备的自身重量主要是指设备试验中其支柱所支撑管母及相关触头的自重。试验开展中需要对复合支柱绝缘子顶端施加一定的压力，模拟出设备自重所产生的实际作用效果。管母安装不合理，也会产生一定大小的扭力，容易引起复合支柱绝缘子机械疲劳现象。对于管母安装不合理产生的扭力，主要采用了模拟试验机及绝缘子扭转荷载共同作用下产生的荷载进行有效地模拟。

②可变荷载。像常见的温度变化、地震影响、车辆荷载等，都属于可变荷载。这种荷载因素的存在，也会在大风条件下引起管母振动，进而使绝缘子产生机械疲劳。试验开展中主要考虑的是较大幅度风荷载对于复合支柱绝缘子的影响。其中，在对风荷载计算的过程中，管母线在一定单位长度范围内风压的计算如下：

绝缘子机械疲劳试验开展中绝缘支柱自身所承受的风压作用下其顶部产生的作用力计算公式为：

式（1）和（2）中，风速不均匀系数用a表示；空气动力系数用K表示；D1表示管母直径，单位：米；③偶然荷载。这种荷载包括风荷载、演算冰荷载。本试验方法设计主要针对的是绝缘子的机械疲劳试验，无需考虑相关因素影响下产生的偶然荷载。

D2表示的是管母平均外径，单位为：米；绝缘支柱高度用H表示，单位：米；Vmax表示的是最大风速，单位为m/s。通过对公式（1）和（2）地分析，可知本试验开展中对于安全系数的要求并不严格。在绝缘子机械疲劳试验方法设计过程中，特殊条件下需要对绝缘支柱水平力F进行重点的考虑，并将安全系数设置为2.0，确保绝缘子机械疲劳的分析结果能够满足实际生产活动的具体要求。

（2）施加动态弯曲荷载的频率和次数。结合目前我国在复合支柱绝缘子实际的研究现状，发现特定风荷载下的机械疲劳试验的研究成果少，对于实际问题的有效解决带来了一定的影响。基于此，依据复合支柱绝缘子自身的功能特性，需要对这种构件在风荷载作用下大幅度摆动的变化过程进行充分地考虑，参照相关的技术资料，可知本试验开展中平均风速达到28.9 m/s时，所花费的时间约为10 min，能够满足机械疲劳试验方法的具体要求。在实际的操作中，可以在一定的房屋区域范围内，对架空导线一年内振动角大于5°的持续时间作为年振动时间的0.12%。对于其它特殊区域的线路，可以将架空导线一年内振动角大于5°的相对振动的延续时间作为年振动时间的0.25%，可知每年摆动的次数分别为0.6万次与1.3万次，为绝缘支柱的弯扭机械疲劳的有效评估带来了重要的参考依据。

（3）试验结果的检验方法。在对多重荷载作用下复合支柱绝缘子疲劳试验结果的检验中，主要采用的是96 h持续弯曲负荷试验测量芯棒资源端偏移量的评估方法，通过对没有任何荷载条件下绝缘子使用过程中是否存在变形问题的分析，可以对其机械疲劳程度做出合理的评价。同时，在这种可靠的评估方法支持下，可以对芯棒内部受到较大弯曲负荷的实际作用效果进行有效地评价，进而为绝缘子使用寿命的延长提供必要的参考信息。这些方面的内容，客观地说明了96 h持续弯曲负荷试验的适用性。

3　结语

通过对多重荷载下的复合支柱绝缘子机械疲劳性能的综合评估，文中设计出了相关的试验方法，为这种绝缘子疲劳性能的有效分析带来了重要的参考依据。由于不同类型的荷载对于复合支柱绝缘子的实际影响有所差异，需要根据绝缘子的功能特性，对于生产设备中产生的荷载进行必要地模拟。同时，文中设计出的试验方法主要是基于水平方向施加在支柱顶端的低频率、高幅值的带胎荷载，为复合支柱绝缘子在特定影响条件作用下的模拟分析带来了可靠的参考信息，有利于增强绝缘子机械疲劳试验结果的科学合理性。

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