第34卷 第6期 2014年2月25日 中 国 电 机 工 程 学 报
Proceedings of the CSEE V ol.34 No.6 Feb.25, 2014
2014 Chin.Soc.for Elec.Eng. 947
(2014) 06-0947-08 中图分类号:TM 85 DOI :10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.06.017 文章编号:0258-8013
强风区750 kV 复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究
朱正一,贾志东,马国祥,王希林,关志成
(清华大学深圳研究生院,广东省 深圳市 518055)
Analysis on Fracture Failure Mechanism of 750 kV Composite Insulator Sheds
Utilized in a Storm-hit Region
ZHU Zhengyi, JIA Zhidong, MA Guoxiang, WANG Xilin, GUAN Zhicheng
(Graduate School in Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055, Guangdong Province, China)
ABSTRACT: This paper provided a explicit explanation of composite insulator sheds fatigue failure mechanism in storm-wind region. Through the work of field research on the sheds fatigue failure, experimental study on rubber material fatigue crack, simulation with fluid-solid interaction of sheds and the static deformation of the special shed structure, it’s found that large amount of composite insulator faced with fatigue fracture problem on the 750 kV EHV transmission lines across particular storm-wind region with the mean wind velocity over 30 m/s in Xinjiang, the most serious case of single insulator was that the loss of valid creepage distance reached 20.4%. The test results show that the insulator silicon rubber had bad performance on anti-fatigue property. The fluid induced oscillation of insulator sheds in storm wind brought about the stress concentration problem at the root area,the application of cycled stress produced initial fatigue crack at the stress concentration area which lastly developed into fracture failure. The study results fitted well with field investigation, this work would provide a theoretical foundation for the solution of the sheds fatigue problem.
KEY WORDS: composite insulator; 750 kV shed; fatigue; fracture; fluid-solid interaction (FSI)
摘要:为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30 m/s强风区的新疆750 kV 高压输电线路中,复合绝缘子出现大规模伞裙根部断裂故障,最严重的单根绝缘子有效爬距损失达20.4%。研究结果表明:常规绝缘子硅橡胶材料耐疲劳性能较差,在强风中绝缘子伞裙会出现大幅摆动现象,该状况导致伞裙根部承受严重的应力集中问题,长期的循环应力作用使伞裙根部材料出现疲劳裂纹,最终发展为伞裙根部断裂故障。该实验研究结果与现场故障现象吻合度较高,为进一步解决伞裙断裂故障提供了理论基础。
关键词:复合绝缘子;750 kV 伞裙;疲劳;断裂;流固耦合
0 引言
超高压输电线路是电网系统的重要组成部分,保证其安全可靠运行是保障稳定、优质电力服务的重要环节。新疆地区特殊的地理位置导致了强风气候环境,这是输电线路外绝缘面临的一个新问题,强风气候对悬式复合绝缘子伞裙的破坏作用亟需进行机制研究并探索改善方案。
部分运行时间一年以750 kV 乌吐输电线路中,
及不到一年的悬式复合绝缘子出现伞裙根部断裂情况,单根绝缘子最多伞裙根部断裂片数达到29片。750 kV 乌吐线规划设计考虑风速为28~42 m/s。根据当地的地貌特征和自然风速剖面梯度公式,以推算出在该及在10 m 高度处最高平均风速42 m/s,
线路杆塔平均呼称高46 m 高度处,最高平均风速达到53.5 m/s。线路及外绝缘设计过程中未考虑复合绝缘子伞裙受力问题,实际运行条件下,风速高于一定水平时,复合绝缘子伞裙迎风偏折形变、周期摆动,将在伞裙根部与芯棒护套交接处产生周期性的应力集中现象[1-11],导致该区域硅橡胶材料应力疲劳,出现初步裂纹并发展到最终的伞裙根部断裂,急剧降低绝缘子的力学性能和电气性能。
针对沙漠及强风地区的复合绝缘子应用问题,以往研究主要集中在以下几个方面。电气性能方面的研究包括,沙尘环境中绝缘子积污问题,气流对绝缘子交流及直流污闪特性影响,空间电场分布及带电颗粒对闪络的影响;力学性能方面的研究包括,导线舞动对芯棒受力的影响,断联造成的冲击,也有部分研究关注导线的舞动和绝缘子微风下振动对金具和芯棒压接的影响。然而针对绝缘子伞裙结构的力学问题未曾涉及,这方面内容涉及到弹性
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体的气动失稳问题,以及橡胶材料疲劳断裂过程,在研究中具有一定难度。
本文主要研究新疆750 kV 乌吐线复合绝缘子伞裙根部断裂问题。考察了硅橡胶材料的疲劳龟裂性能,研究了伞裙摆动造成的应力集中问题及伞裙特殊结构下的材料疲劳机制,并与现场绝缘子破坏情况对比,阐述了伞裙断裂故障的完整过程[12-16]。通过研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的实际问题,最终得出故障产生机制,同时引入硅橡胶材料疲劳特性这一性能参数,为今后的复合绝缘子在特殊气候环境中的应用提供了技术参考。
1 强风区复合绝缘子伞裙根部断裂问题
1.1 复合绝缘子伞裙根部断裂故障严重程度
本文研究的绝缘子样品为国内厂家生产的某型号750 kV 复合绝缘子,其伞裙的大小伞配合方式为大小中小大,大伞裙直径为210 mm ,如图1(a)所示。该大小伞配合方式的是为了提高伞伸出差以及相邻大伞裙之间的伞间距,以达到防覆冰的效果。强风区使用该型号绝缘子不到一年时间中,发现线路中出现大量的绝缘子大伞裙根部破裂情况,其实际情况如图1(b)所示。
(a) 伞型结构 (b) 根部撕裂故障
图1 复合绝缘子结构及伞裙断裂情况 Fig. 1 Profile and fracture problem of
composite insulator sheds
在所有故障绝缘子中,单根复合绝缘子最多大伞裙破裂片数达到29片。该型号750 kV 绝缘子结构高度约为7 m ,大伞裙总片数为48片(即48组伞裙) ,因此大伞裙出现破坏数量的比例达到60.4%。考虑单片伞裙根部断裂后,整片伞裙的爬距失效,依此推算,在伞裙断裂破损最严重的复合绝缘子中,不考虑护套损伤、芯棒外露或损伤的影响,仅29片大伞裙断裂,造成公称爬距的损失为29×(210− 36) mm/24 700 mm =20.4%。根据电力行业标准《DL/T864—2004标称电压高于1 000 V 交流架空线路用复合绝缘子使用导则》的规定,若伞套出现漏电起痕与蚀损,且累计长度大于绝缘子爬电距离的10%或蚀损深度大于所处位置材料厚度的30%,则
可判定该绝缘子失效,应予更换。强风区伞裙根部断裂破坏问题中,裂纹贯穿了整个伞裙厚度,同时爬距损失也远超过行业标准的限制范围[17-23]。 1.2 伞裙断裂问题与绝缘子悬挂方式相关性
复合绝缘子在杆塔上的不同悬挂方式,对其破坏程度的影响效果明显。该区段的线路走向呈东西走向,该区段的主导风向为北偏西风,主导风向几乎与线路走向垂直,V 型串与风向的相关性如图2所示。根据对输电线路现场巡线及更换绝缘子实际情况统计,出现破损的49支复合绝缘子,其位于各种串型的分布情况如图3所示。
由图2可知,V 右串的悬挂方式最不利复合绝缘子伞裙抗风问题,其破坏问题最严重,由于导线及绝缘子舞动造成的风偏,使绝缘子与垂直方向形成夹角,I 串的破坏程度也比较严重。在V 左串、
左串
图2 该区段绝缘子V 串与风向
Fig. 2 Wind direction and the V string in the field
24
数个坏16
破子缘绝 8
V 右串
V 左串
V +左串
I 串
图3 各串型绝缘子破坏数量 Fig. 3 Number of destroied insulators
with different string types
V +I 左串以及V +I 的I 串中,绝缘子破坏数量最少。该情况与绝缘子伞裙的特殊结构及水平风向中绝缘子不同倾角下伞裙承受气动载荷特性相关。V 右串方式中伞裙具备较大的受风面积,并且伞裙上下表面的倾斜设计使其在该方向静风压下的抗弯能力较弱,导致其在强风下的摆动问题相对剧烈。
2 硅橡胶材料疲劳龟裂性能研究
2.1 硅橡胶疲劳的断裂力学分析
为研究常用硅橡胶材料疲劳性能、拉伸应变性
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能,本文分别对四个配方硅橡胶进行实验。硅橡胶材料来自四个不同的国内复合绝缘子厂家,均为与
750 kV 复合绝缘子一致的生产配方。疲劳龟裂研究中,样片按照标准模具生产;拉伸应力应变实验中,样片为实验室裁得的哑铃状。
硅橡胶作为弹性体材料,在长期的应力作用下会表现出一定的疲劳特性,其疲劳特性与应力水平及循环次数相关,在两者的值达到一定的范围时,硅橡胶的机械性能会明显降低,撕裂强度显著减小,表面产生针刺点以及微观裂纹,随着疲劳过程的进一步发展,最终硅橡胶结构由于疲劳断裂而被完全破坏。橡胶材料的疲劳寿命与其承受的应力水平直接相关,数值上两者成指数关系,如下所示
lg N f =−(S max −C 1) /C 2
式中:N f 为疲劳寿命;S max 为最大应力;系数C 1与材料参数相关;系数C 2与载荷加载频率相关。
橡胶疲劳裂纹的发展与其撕裂能和弹性应变能相关,裂纹每增长单位面积所释放的能量为撕裂能,在周期性载荷下,橡胶的裂纹增长速度如下 所示:
⎧T =−∂U /∂⎪A
⎪
⎨
d l /d n =f (T ) ⎪⎪⎩
n =∫l 21l d l 1f (T ) 式中:T 为撕裂能;U 为贮存在橡胶样品中的弹性应变能;A 为裂纹的断裂表面积;l 为裂纹长度;n 为裂纹从长度l 1发展到长度l 2所经历的疲劳周期数。橡胶疲劳裂纹的发展速度与撕裂能直接相关,而与样品的几何尺寸无关。 2.2 橡胶疲劳龟裂实验方法
在交变应力的作用下,硅橡胶构件内应力的最大值如果不超过某一极限,则此构件可以经过无数次的循环而不被破坏,这个应力的极限值称为材料的持久极限。交变应力超过持久极限,经过一定疲劳次数橡胶材料将会发生破坏。若构件存在过渡圆角部位,该区域易产生应力集中,使局部应力增高,容易导致疲劳裂纹产生,显著降低构件的疲劳强度。
本文实验依照《GB/T13934—2006硫化橡胶或热塑性橡胶屈挠龟裂和裂口增长的测定》标准进行。该标准规定了在专用疲劳试验机上测定硫化橡胶耐屈挠龟裂性能的方法。适用于测定硫化橡胶反复屈挠后耐屈挠龟裂和耐龟裂增长性能。图4为试验机实物图,图5为夹持模块的示意图。试片均为
绝缘子厂家利用标准模具,按照750 kV 复合绝缘子伞裙硅橡胶材料配方配制,如图6所示。
图4 硫化橡胶屈挠龟裂试验机 Fig. 4 Flex cracking test machine for
vulcanized silion rubber
上夹持器
下夹持器
图5 疲劳试验机夹持器示意图 Fig. 5 Diagram of sample holder of
flex cracking test machine
图6 实验试片形状 Fig. 6 Profile of SR test sample
实验中,橡胶疲劳试验机上下夹持器最大间距为75 mm ,往返行程为57 mm ,工作频率为5 Hz ,实验室环境温度20 ℃,湿度80%。
根据疲劳龟裂实验标准规定,试验样品置于疲劳试验机上,屈挠5 000次停机,以观察龟裂程度;继续实验屈挠次数的间隔成几何级数递增,几何级数推荐值为1.5。
实验过程中,发现目前普通的复合绝缘子其硅橡胶耐疲劳性能的不足,主要表现为实验样品产生裂纹的屈挠次数少,表面离散针刺点互相连接再发展为显著裂纹的速度极快。本组试验的样品编号如
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表1所示。
表1 疲劳试验样品编号
Tab. 1 Numbering for fatigue test samples
3#更好。
数
8 0006 000厂家编号 1 2 3 4 样品编号 1#
2#
3#
4#
2.3 绝缘子硅橡胶疲劳龟裂实验结果
实验过程中,硅橡胶疲劳龟裂试片的裂纹发展趋势如图7所示。当疲劳实验进行到一定程度以后,半圆柱型凹槽内未发现针刺点,其裂纹发展最初从边缘部分开始,随着疲劳次数的增加,裂纹逐渐向样品另一侧发展,最终贯穿整个试片,裂纹长度达到25 mm 。硅橡胶疲劳龟裂实验中的裂纹发展过程如图7所示。
图7 样片疲劳裂纹发展情况
Fig. 7 Development of fatigue crack of samples
针对4个编号的硅橡胶材料样品,对其疲劳性能的表征从两个方面分析,分别为从实验开始到裂纹贯穿试片表面经历的屈挠次数,以及初始细微裂纹产生后发展为贯穿性裂纹的速度。1#,2#,3#,
4#试品在疲劳龟裂实验中分别采用6组样片,统计各自从实验开始,到裂纹贯穿整个样品表面经历的的屈挠次数平均值如图8所示。4种试品从裂纹初始出现,到裂纹贯穿整个样品(样品横向完全断裂) 过程中,所经历平均屈挠次数如图9。
在针对4个厂家750 kV 复合绝缘子硅橡胶材料的疲劳特性试验中,从橡胶表面产生贯穿性裂纹所需要的平均屈挠次数来看,2#样品性能最优,其表面裂纹发展到贯穿平均屈挠8 300次;其次性能较好的为4#,平均屈挠次数达到4 693次;1#与3#的屈挠次数均较少,相对而言1#的耐疲劳性能比
次挠屈均4 000平2 000 0
1 2 3 4
样品编号(#)
图8 样品1#、2#、3#、4#贯穿撕裂平均屈挠次数
Fig. 8 Mean cycled times for flex cracking
test of samples 1#, 2#, 3#, 4#
1 600
1 200数次挠屈800均平400 0
1 2 3 4
样品编号(#)
图9 样品1#、2#、3#、4#裂纹从产生到 贯穿试品表面所经历的平均屈挠次数
Fig. 9 Mean cycled times from crack initially appeared
to across the surface of samples 1#, 2#, 3#, 4#
从裂纹产生到裂纹发展贯穿试片表面的速度
来看,2#的发展速度最慢,平均需要1 401次屈挠;
1#、3#和4#的龟裂裂纹均发展较快,3#、4#样品的裂纹发展平均屈挠次数为166和202次,而1#样品在裂纹产生之后10次屈挠后即贯穿,其裂纹发展速度极快。
因此,与普通橡胶制品的耐疲劳性能相比,本实验中4个绝缘子硅橡胶样品的耐屈挠龟裂性能均较差,尤其是1#和3#。绝缘子硅橡胶在局部应力集中较严重的情况下,如果承受周期性循环应力作用,产生裂纹的概率较大,且裂纹的发展速度极快,最终会导致材料断裂问题。
2.4 绝缘子硅橡胶样品的拉伸应力曲线
对4个厂家的样品分别进行拉伸应变试验,分析材料的抗张强度及应力应变特性。实验依据标准《GB/T528—2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》,样品采用哑铃状试样,对每个样品采用6组样片在电子拉力试验机进行实验,分别求得6组实验的平均值。各样品拉伸应力–位
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移曲线如图10所示。4组硅橡胶样品的机械抗张强度统计如表2所示。
a P M /力应伸拉位移/mm
图10 拉伸应力-位移曲线
Fig. 10 Tensile stress – displacement curve 表2 样品1##、2##、3##、4##的机械抗张强度 Tab. 2 Tensile strength of samples 1##, 2##, 3##, 4##
厂家编号 1 2 3 4 样品编号
1## 2## 3## 4##
抗张强度/MPa 3.78 4.22 4.05 5.04
4组样品抗张强度均高于行业标准《DL/T 810—2002的500 kV 直流棒形悬式复合绝缘子技术条件》中规定的机械抗张强度3 MPa 。由图10中各曲线的斜率可知,3##样品的弹性模量参数高于1##,
2##,4##样品。但是虽然4##的抗张强度最高,达5.04 MPa ,但其在上一节中的耐疲劳龟裂性能却低于2##样品,因此传统对于硅橡胶静力学机械性能的考察,并不能直接反映材料的耐疲劳性能。
3 伞裙特殊结构下的材料疲劳断裂机制
3.1 强风下伞裙根部应力分布仿真分析
在图3所示的V 型串右串的悬挂方式下,伞裙的盘式结构具有较大的受风面积。由于绝缘子硅橡胶材料弹性模量较低,抗弯刚度较小。因此在强风作用下,伞裙因流体激振问题而出现伞裙的大幅摆动。图11为40 m/s平均风速下,绝缘子样品的动态过程截图。
绝缘子伞裙在流体激振的大幅度摆动过程中,会出现伞裙大幅度变形,该变形引起伞裙表面的应力分布不均。构件复杂的局部结构和较小曲率半径区域易出现应力集中问题,该区域的应力水平显著高于其他部位。本研究利用有限元软件,分析绝缘子伞裙出现的大幅度形变及其导致的伞裙根部应力集中现象。仿真中施加风速为45 m/s,样品布置及风向如图3中V 右串(倾角θ为45°) 所示。采用流固耦合的分析手段,首先分析流体中伞裙表面承受
图11 40 m/s平均风速下伞裙摆动状况
Fig. 11 Oscillation of sheds at mean wind speed of 40 m/s
的风压,然后将风压导入模型的静力学分析模块,研究伞裙形变和应力分布问题。复合绝缘子伞裙在强风下的形变及应力分布仿真结果如图12所示。
(a) 视图1
(b) 视图2
(c) 视图3
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第34卷
图12 V右串复合绝缘子形变后应力集中示意图
Fig. 12 Stress concentration of composite insulater shed
after deformation in the right of V string type
由图12
可知,绝缘子在图
3中V 右串的布置方式中,伞裙在高速气流的作用下,迎风的半个伞面出现大幅度形变,表面应力分布较集中区域是从该面的护套根部一直延伸至伞裙边缘。应力分布云图中,应力集中最严重区域为伞裙根部的月牙形区域,最大值点在伞裙根部圆弧倒角的中心点处,集中程度从该点向外扩展逐渐减缓。
750 kV 复合绝缘子结构高度超过7 m ,于强风区的实际运行过程中,在强风下高低压端之间处于不同位置的伞裙承受差异性的流体激振作用,部分伞裙会出现持续性的伞裙摆动现象。伞裙摆动的最大幅度能使大伞裙表面抵触到小伞边缘,在此严重的形变下伞裙根部应力集中程度极高。在此循环应力作用下,该月牙形区域的硅橡胶材料逐渐疲劳松弛,最终发展产生撕裂裂纹。
3.2 强风区绝缘子伞裙根部断裂发展过程
通过对乌吐线故障复合绝缘子的现场调研发现,伞裙断裂故障由轻微到严重有如下3类情况,即1)伞裙根部区域产生离散的针刺点;2)伞裙根部倒角处产生细微裂纹,伞裙表面硅橡胶材料破坏明显;3)从伞裙表面产生贯穿至另一面的断裂,单支绝缘子上多片大伞发生这种故障。三类情况分别如图13所示。
此外,通过外力压迫伞裙产生大形变过程中,有部分大伞裙出现以下两种情况:1)在某些外表完整的伞裙中,当其受外力作用出现大变形时,在根部区域逐渐出现细微裂纹,随着施加力的增大和形变加剧,该裂纹迅速扩展,伞裙根部完全撕裂形成贯穿性断裂裂纹;2)对根部已经产生针刺点的伞裙施加外力使其变形,可以发现针刺点逐步扩展为细小裂纹,接下来各个针刺点形成的裂纹相贯连,形成狭长的小裂纹,并进一步发展,最终形成断裂故障。
(a) 初期的针刺点
(b) 发展为细微裂纹
(c) 伞裙根部疲劳裂纹
图13 伞裙断裂故障发生的几个阶段 Fig. 13 Developing steps of sheds fracture failure
图14 应力集中区域与现场破坏对应情况 Fig. 14 Comparison of stress concentration
aera with the failure problem in field
根据绝缘子故障情况的现场调研结果,结合硅橡胶疲劳龟裂实验结论及绝缘子伞裙受力仿真分析结论,可得出复合绝缘子使用于强风区产生断裂故障的完整过程如下:
1)在强风气流下,复合绝缘子伞裙出现大幅度摆动现象,该现象导致伞裙根部应力集中,并且该应力周期性作用。
2)在长期循环应力作用下,硅橡胶材料在应力集中区域出现疲劳松弛现象,该区域位于伞裙根部圆弧形倒角区域内。
3)随着材料疲劳的加深,伞裙表面开始产生
离散的针刺点,单个针刺点面积小于1 mm 2。
4)随着循环应力的持续作用,针刺点逐渐发
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展为独立的细小裂纹,进一步各细小裂纹相互贯连,形成较为显著的表面裂纹。
5)表面裂纹一方面沿伞裙表面横向发展,长度不断增加,另一方面深入伞裙内部,向伞裙另一侧延伸,最终发展为贯穿性的断裂故障。 3.3 伞裙表面硅橡胶磨损
在强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障中,伞裙撕裂均从伞裙某一伞面开始发展,直至贯穿至另一伞面,而位于伞裙撕裂伞面的背面,可以发现严重的伞裙表面磨损现象,如图15所示。
图15 故障绝缘子表面磨损情况
Fig. 15 Abrasion phenomenon of failed insulators surface
一般情况下,硅橡胶在承受外部物体、或者内部硅橡胶部件之间摩擦作用下,均会出现一定质量和体积的损耗。位于强风下的复合绝缘子,大伞裙在流体激振作用下,其摆动幅度较大,导致大伞裙表面与小伞边缘相抵触。在大伞的长期摆动过程中,伞裙之间的摩擦次数和摩擦力度大小,决定了形成凹坑的深度和弧长。从实际情况来看,撕裂越严重的复合绝缘子其表面摩擦形成的凹坑越明显。伞裙表面摩擦产生的凹坑,一方面导致了伞裙的体积和质量损失,另一方面磨损导致的绝缘子表面形状的不规整,对积污、电场分布产生不利影响。
4 结论
本文主要针对强风区复合绝缘子伞裙根部断裂问题,研究绝缘子硅橡胶材料疲劳特性,仿真分析强风下伞裙形变造成的应力集中问题,以及研究伞裙根部断裂的完整过程,得到如下结论:
1)在强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障中,单支绝缘子爬距损失最高占总爬距的20.4%,严重威胁复合绝缘子外绝缘安全。
2)实验研究表明,绝缘子硅橡胶材料的耐疲劳性能均不理想。在疲劳龟裂实验中,4个样品经受往复折叠次数均不超过8 300次,同时裂纹发展速度快,各样品由初始微裂纹发展至贯穿性裂纹屈挠次数均不超过1 500次。
3)强风下伞裙的大幅摆动引发伞裙根部材料疲劳,是导致伞裙根部断裂的直接原因。在复合绝缘子伞裙特殊结构下,材料断裂经历最初材料疲劳松弛,接着产生离散的针刺点,进一步发展为微裂纹,最终发展为贯穿性断裂裂纹。
4)故障绝缘子硅橡胶的抗张强度、撕裂强度均合格,但此项常规机械特性未能有效反映橡胶疲劳问题,目前,硅橡胶材料的耐疲劳性能可通过疲劳龟裂试验来有效反映,该试验是对强风区复合绝缘子运行可靠性评估的有效手段。
5)目前应用于强风区的复合绝缘子结构参数均满足外绝缘设计的要求,但在运行中出现伞裙大幅摆动并导致根部断裂,因此在强风区复合绝缘子选型应用中需充分考虑其伞裙抗风性能,进一步研究工作将关注于加强伞裙结构刚度、提高硅橡胶弹性模量、改进硅橡胶疲劳性能。
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收稿日期:2013-08-25。 作者简介:
朱正一(1987),男,博士研究生,主要从事复合绝缘子外绝缘性能研究,[email protected];
贾志东(1966),男,博士,教授,博导,
朱正一
长期从事高电压外绝缘及电工新技术等方面的研究,内容包括外绝缘防污闪技术,绝缘子覆冰问题,绝缘子抗风问题等,[email protected]。
(编辑 胡琳琳)
强风区750 kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
朱正一, 贾志东, 马国祥, 王希林, 关志成, ZHU Zhengyi, JIA Zhidong, MA Guoxiang, WANG Xilin , GUAN Zhicheng
清华大学深圳研究生院,广东省 深圳市,518055中国电机工程学报
Proceedings of the CSEE2014(6)
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第34卷 第6期 2014年2月25日 中 国 电 机 工 程 学 报
Proceedings of the CSEE V ol.34 No.6 Feb.25, 2014
2014 Chin.Soc.for Elec.Eng. 947
(2014) 06-0947-08 中图分类号:TM 85 DOI :10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.06.017 文章编号:0258-8013
强风区750 kV 复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究
朱正一,贾志东,马国祥,王希林,关志成
(清华大学深圳研究生院,广东省 深圳市 518055)
Analysis on Fracture Failure Mechanism of 750 kV Composite Insulator Sheds
Utilized in a Storm-hit Region
ZHU Zhengyi, JIA Zhidong, MA Guoxiang, WANG Xilin, GUAN Zhicheng
(Graduate School in Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055, Guangdong Province, China)
ABSTRACT: This paper provided a explicit explanation of composite insulator sheds fatigue failure mechanism in storm-wind region. Through the work of field research on the sheds fatigue failure, experimental study on rubber material fatigue crack, simulation with fluid-solid interaction of sheds and the static deformation of the special shed structure, it’s found that large amount of composite insulator faced with fatigue fracture problem on the 750 kV EHV transmission lines across particular storm-wind region with the mean wind velocity over 30 m/s in Xinjiang, the most serious case of single insulator was that the loss of valid creepage distance reached 20.4%. The test results show that the insulator silicon rubber had bad performance on anti-fatigue property. The fluid induced oscillation of insulator sheds in storm wind brought about the stress concentration problem at the root area,the application of cycled stress produced initial fatigue crack at the stress concentration area which lastly developed into fracture failure. The study results fitted well with field investigation, this work would provide a theoretical foundation for the solution of the sheds fatigue problem.
KEY WORDS: composite insulator; 750 kV shed; fatigue; fracture; fluid-solid interaction (FSI)
摘要:为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30 m/s强风区的新疆750 kV 高压输电线路中,复合绝缘子出现大规模伞裙根部断裂故障,最严重的单根绝缘子有效爬距损失达20.4%。研究结果表明:常规绝缘子硅橡胶材料耐疲劳性能较差,在强风中绝缘子伞裙会出现大幅摆动现象,该状况导致伞裙根部承受严重的应力集中问题,长期的循环应力作用使伞裙根部材料出现疲劳裂纹,最终发展为伞裙根部断裂故障。该实验研究结果与现场故障现象吻合度较高,为进一步解决伞裙断裂故障提供了理论基础。
关键词:复合绝缘子;750 kV 伞裙;疲劳;断裂;流固耦合
0 引言
超高压输电线路是电网系统的重要组成部分,保证其安全可靠运行是保障稳定、优质电力服务的重要环节。新疆地区特殊的地理位置导致了强风气候环境,这是输电线路外绝缘面临的一个新问题,强风气候对悬式复合绝缘子伞裙的破坏作用亟需进行机制研究并探索改善方案。
部分运行时间一年以750 kV 乌吐输电线路中,
及不到一年的悬式复合绝缘子出现伞裙根部断裂情况,单根绝缘子最多伞裙根部断裂片数达到29片。750 kV 乌吐线规划设计考虑风速为28~42 m/s。根据当地的地貌特征和自然风速剖面梯度公式,以推算出在该及在10 m 高度处最高平均风速42 m/s,
线路杆塔平均呼称高46 m 高度处,最高平均风速达到53.5 m/s。线路及外绝缘设计过程中未考虑复合绝缘子伞裙受力问题,实际运行条件下,风速高于一定水平时,复合绝缘子伞裙迎风偏折形变、周期摆动,将在伞裙根部与芯棒护套交接处产生周期性的应力集中现象[1-11],导致该区域硅橡胶材料应力疲劳,出现初步裂纹并发展到最终的伞裙根部断裂,急剧降低绝缘子的力学性能和电气性能。
针对沙漠及强风地区的复合绝缘子应用问题,以往研究主要集中在以下几个方面。电气性能方面的研究包括,沙尘环境中绝缘子积污问题,气流对绝缘子交流及直流污闪特性影响,空间电场分布及带电颗粒对闪络的影响;力学性能方面的研究包括,导线舞动对芯棒受力的影响,断联造成的冲击,也有部分研究关注导线的舞动和绝缘子微风下振动对金具和芯棒压接的影响。然而针对绝缘子伞裙结构的力学问题未曾涉及,这方面内容涉及到弹性
948 中 国 电 机 工 程 学 报 第34卷
体的气动失稳问题,以及橡胶材料疲劳断裂过程,在研究中具有一定难度。
本文主要研究新疆750 kV 乌吐线复合绝缘子伞裙根部断裂问题。考察了硅橡胶材料的疲劳龟裂性能,研究了伞裙摆动造成的应力集中问题及伞裙特殊结构下的材料疲劳机制,并与现场绝缘子破坏情况对比,阐述了伞裙断裂故障的完整过程[12-16]。通过研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的实际问题,最终得出故障产生机制,同时引入硅橡胶材料疲劳特性这一性能参数,为今后的复合绝缘子在特殊气候环境中的应用提供了技术参考。
1 强风区复合绝缘子伞裙根部断裂问题
1.1 复合绝缘子伞裙根部断裂故障严重程度
本文研究的绝缘子样品为国内厂家生产的某型号750 kV 复合绝缘子,其伞裙的大小伞配合方式为大小中小大,大伞裙直径为210 mm ,如图1(a)所示。该大小伞配合方式的是为了提高伞伸出差以及相邻大伞裙之间的伞间距,以达到防覆冰的效果。强风区使用该型号绝缘子不到一年时间中,发现线路中出现大量的绝缘子大伞裙根部破裂情况,其实际情况如图1(b)所示。
(a) 伞型结构 (b) 根部撕裂故障
图1 复合绝缘子结构及伞裙断裂情况 Fig. 1 Profile and fracture problem of
composite insulator sheds
在所有故障绝缘子中,单根复合绝缘子最多大伞裙破裂片数达到29片。该型号750 kV 绝缘子结构高度约为7 m ,大伞裙总片数为48片(即48组伞裙) ,因此大伞裙出现破坏数量的比例达到60.4%。考虑单片伞裙根部断裂后,整片伞裙的爬距失效,依此推算,在伞裙断裂破损最严重的复合绝缘子中,不考虑护套损伤、芯棒外露或损伤的影响,仅29片大伞裙断裂,造成公称爬距的损失为29×(210− 36) mm/24 700 mm =20.4%。根据电力行业标准《DL/T864—2004标称电压高于1 000 V 交流架空线路用复合绝缘子使用导则》的规定,若伞套出现漏电起痕与蚀损,且累计长度大于绝缘子爬电距离的10%或蚀损深度大于所处位置材料厚度的30%,则
可判定该绝缘子失效,应予更换。强风区伞裙根部断裂破坏问题中,裂纹贯穿了整个伞裙厚度,同时爬距损失也远超过行业标准的限制范围[17-23]。 1.2 伞裙断裂问题与绝缘子悬挂方式相关性
复合绝缘子在杆塔上的不同悬挂方式,对其破坏程度的影响效果明显。该区段的线路走向呈东西走向,该区段的主导风向为北偏西风,主导风向几乎与线路走向垂直,V 型串与风向的相关性如图2所示。根据对输电线路现场巡线及更换绝缘子实际情况统计,出现破损的49支复合绝缘子,其位于各种串型的分布情况如图3所示。
由图2可知,V 右串的悬挂方式最不利复合绝缘子伞裙抗风问题,其破坏问题最严重,由于导线及绝缘子舞动造成的风偏,使绝缘子与垂直方向形成夹角,I 串的破坏程度也比较严重。在V 左串、
左串
图2 该区段绝缘子V 串与风向
Fig. 2 Wind direction and the V string in the field
24
数个坏16
破子缘绝 8
V 右串
V 左串
V +左串
I 串
图3 各串型绝缘子破坏数量 Fig. 3 Number of destroied insulators
with different string types
V +I 左串以及V +I 的I 串中,绝缘子破坏数量最少。该情况与绝缘子伞裙的特殊结构及水平风向中绝缘子不同倾角下伞裙承受气动载荷特性相关。V 右串方式中伞裙具备较大的受风面积,并且伞裙上下表面的倾斜设计使其在该方向静风压下的抗弯能力较弱,导致其在强风下的摆动问题相对剧烈。
2 硅橡胶材料疲劳龟裂性能研究
2.1 硅橡胶疲劳的断裂力学分析
为研究常用硅橡胶材料疲劳性能、拉伸应变性
第6期 朱正一等:强风区750 kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究 949
能,本文分别对四个配方硅橡胶进行实验。硅橡胶材料来自四个不同的国内复合绝缘子厂家,均为与
750 kV 复合绝缘子一致的生产配方。疲劳龟裂研究中,样片按照标准模具生产;拉伸应力应变实验中,样片为实验室裁得的哑铃状。
硅橡胶作为弹性体材料,在长期的应力作用下会表现出一定的疲劳特性,其疲劳特性与应力水平及循环次数相关,在两者的值达到一定的范围时,硅橡胶的机械性能会明显降低,撕裂强度显著减小,表面产生针刺点以及微观裂纹,随着疲劳过程的进一步发展,最终硅橡胶结构由于疲劳断裂而被完全破坏。橡胶材料的疲劳寿命与其承受的应力水平直接相关,数值上两者成指数关系,如下所示
lg N f =−(S max −C 1) /C 2
式中:N f 为疲劳寿命;S max 为最大应力;系数C 1与材料参数相关;系数C 2与载荷加载频率相关。
橡胶疲劳裂纹的发展与其撕裂能和弹性应变能相关,裂纹每增长单位面积所释放的能量为撕裂能,在周期性载荷下,橡胶的裂纹增长速度如下 所示:
⎧T =−∂U /∂⎪A
⎪
⎨
d l /d n =f (T ) ⎪⎪⎩
n =∫l 21l d l 1f (T ) 式中:T 为撕裂能;U 为贮存在橡胶样品中的弹性应变能;A 为裂纹的断裂表面积;l 为裂纹长度;n 为裂纹从长度l 1发展到长度l 2所经历的疲劳周期数。橡胶疲劳裂纹的发展速度与撕裂能直接相关,而与样品的几何尺寸无关。 2.2 橡胶疲劳龟裂实验方法
在交变应力的作用下,硅橡胶构件内应力的最大值如果不超过某一极限,则此构件可以经过无数次的循环而不被破坏,这个应力的极限值称为材料的持久极限。交变应力超过持久极限,经过一定疲劳次数橡胶材料将会发生破坏。若构件存在过渡圆角部位,该区域易产生应力集中,使局部应力增高,容易导致疲劳裂纹产生,显著降低构件的疲劳强度。
本文实验依照《GB/T13934—2006硫化橡胶或热塑性橡胶屈挠龟裂和裂口增长的测定》标准进行。该标准规定了在专用疲劳试验机上测定硫化橡胶耐屈挠龟裂性能的方法。适用于测定硫化橡胶反复屈挠后耐屈挠龟裂和耐龟裂增长性能。图4为试验机实物图,图5为夹持模块的示意图。试片均为
绝缘子厂家利用标准模具,按照750 kV 复合绝缘子伞裙硅橡胶材料配方配制,如图6所示。
图4 硫化橡胶屈挠龟裂试验机 Fig. 4 Flex cracking test machine for
vulcanized silion rubber
上夹持器
下夹持器
图5 疲劳试验机夹持器示意图 Fig. 5 Diagram of sample holder of
flex cracking test machine
图6 实验试片形状 Fig. 6 Profile of SR test sample
实验中,橡胶疲劳试验机上下夹持器最大间距为75 mm ,往返行程为57 mm ,工作频率为5 Hz ,实验室环境温度20 ℃,湿度80%。
根据疲劳龟裂实验标准规定,试验样品置于疲劳试验机上,屈挠5 000次停机,以观察龟裂程度;继续实验屈挠次数的间隔成几何级数递增,几何级数推荐值为1.5。
实验过程中,发现目前普通的复合绝缘子其硅橡胶耐疲劳性能的不足,主要表现为实验样品产生裂纹的屈挠次数少,表面离散针刺点互相连接再发展为显著裂纹的速度极快。本组试验的样品编号如
950 中 国 电 机 工 程 学 报 第34卷
表1所示。
表1 疲劳试验样品编号
Tab. 1 Numbering for fatigue test samples
3#更好。
数
8 0006 000厂家编号 1 2 3 4 样品编号 1#
2#
3#
4#
2.3 绝缘子硅橡胶疲劳龟裂实验结果
实验过程中,硅橡胶疲劳龟裂试片的裂纹发展趋势如图7所示。当疲劳实验进行到一定程度以后,半圆柱型凹槽内未发现针刺点,其裂纹发展最初从边缘部分开始,随着疲劳次数的增加,裂纹逐渐向样品另一侧发展,最终贯穿整个试片,裂纹长度达到25 mm 。硅橡胶疲劳龟裂实验中的裂纹发展过程如图7所示。
图7 样片疲劳裂纹发展情况
Fig. 7 Development of fatigue crack of samples
针对4个编号的硅橡胶材料样品,对其疲劳性能的表征从两个方面分析,分别为从实验开始到裂纹贯穿试片表面经历的屈挠次数,以及初始细微裂纹产生后发展为贯穿性裂纹的速度。1#,2#,3#,
4#试品在疲劳龟裂实验中分别采用6组样片,统计各自从实验开始,到裂纹贯穿整个样品表面经历的的屈挠次数平均值如图8所示。4种试品从裂纹初始出现,到裂纹贯穿整个样品(样品横向完全断裂) 过程中,所经历平均屈挠次数如图9。
在针对4个厂家750 kV 复合绝缘子硅橡胶材料的疲劳特性试验中,从橡胶表面产生贯穿性裂纹所需要的平均屈挠次数来看,2#样品性能最优,其表面裂纹发展到贯穿平均屈挠8 300次;其次性能较好的为4#,平均屈挠次数达到4 693次;1#与3#的屈挠次数均较少,相对而言1#的耐疲劳性能比
次挠屈均4 000平2 000 0
1 2 3 4
样品编号(#)
图8 样品1#、2#、3#、4#贯穿撕裂平均屈挠次数
Fig. 8 Mean cycled times for flex cracking
test of samples 1#, 2#, 3#, 4#
1 600
1 200数次挠屈800均平400 0
1 2 3 4
样品编号(#)
图9 样品1#、2#、3#、4#裂纹从产生到 贯穿试品表面所经历的平均屈挠次数
Fig. 9 Mean cycled times from crack initially appeared
to across the surface of samples 1#, 2#, 3#, 4#
从裂纹产生到裂纹发展贯穿试片表面的速度
来看,2#的发展速度最慢,平均需要1 401次屈挠;
1#、3#和4#的龟裂裂纹均发展较快,3#、4#样品的裂纹发展平均屈挠次数为166和202次,而1#样品在裂纹产生之后10次屈挠后即贯穿,其裂纹发展速度极快。
因此,与普通橡胶制品的耐疲劳性能相比,本实验中4个绝缘子硅橡胶样品的耐屈挠龟裂性能均较差,尤其是1#和3#。绝缘子硅橡胶在局部应力集中较严重的情况下,如果承受周期性循环应力作用,产生裂纹的概率较大,且裂纹的发展速度极快,最终会导致材料断裂问题。
2.4 绝缘子硅橡胶样品的拉伸应力曲线
对4个厂家的样品分别进行拉伸应变试验,分析材料的抗张强度及应力应变特性。实验依据标准《GB/T528—2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》,样品采用哑铃状试样,对每个样品采用6组样片在电子拉力试验机进行实验,分别求得6组实验的平均值。各样品拉伸应力–位
第6期 朱正一等:强风区750 kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究 951
移曲线如图10所示。4组硅橡胶样品的机械抗张强度统计如表2所示。
a P M /力应伸拉位移/mm
图10 拉伸应力-位移曲线
Fig. 10 Tensile stress – displacement curve 表2 样品1##、2##、3##、4##的机械抗张强度 Tab. 2 Tensile strength of samples 1##, 2##, 3##, 4##
厂家编号 1 2 3 4 样品编号
1## 2## 3## 4##
抗张强度/MPa 3.78 4.22 4.05 5.04
4组样品抗张强度均高于行业标准《DL/T 810—2002的500 kV 直流棒形悬式复合绝缘子技术条件》中规定的机械抗张强度3 MPa 。由图10中各曲线的斜率可知,3##样品的弹性模量参数高于1##,
2##,4##样品。但是虽然4##的抗张强度最高,达5.04 MPa ,但其在上一节中的耐疲劳龟裂性能却低于2##样品,因此传统对于硅橡胶静力学机械性能的考察,并不能直接反映材料的耐疲劳性能。
3 伞裙特殊结构下的材料疲劳断裂机制
3.1 强风下伞裙根部应力分布仿真分析
在图3所示的V 型串右串的悬挂方式下,伞裙的盘式结构具有较大的受风面积。由于绝缘子硅橡胶材料弹性模量较低,抗弯刚度较小。因此在强风作用下,伞裙因流体激振问题而出现伞裙的大幅摆动。图11为40 m/s平均风速下,绝缘子样品的动态过程截图。
绝缘子伞裙在流体激振的大幅度摆动过程中,会出现伞裙大幅度变形,该变形引起伞裙表面的应力分布不均。构件复杂的局部结构和较小曲率半径区域易出现应力集中问题,该区域的应力水平显著高于其他部位。本研究利用有限元软件,分析绝缘子伞裙出现的大幅度形变及其导致的伞裙根部应力集中现象。仿真中施加风速为45 m/s,样品布置及风向如图3中V 右串(倾角θ为45°) 所示。采用流固耦合的分析手段,首先分析流体中伞裙表面承受
图11 40 m/s平均风速下伞裙摆动状况
Fig. 11 Oscillation of sheds at mean wind speed of 40 m/s
的风压,然后将风压导入模型的静力学分析模块,研究伞裙形变和应力分布问题。复合绝缘子伞裙在强风下的形变及应力分布仿真结果如图12所示。
(a) 视图1
(b) 视图2
(c) 视图3
952 中 国 电 机 工 程 学 报
第34卷
图12 V右串复合绝缘子形变后应力集中示意图
Fig. 12 Stress concentration of composite insulater shed
after deformation in the right of V string type
由图12
可知,绝缘子在图
3中V 右串的布置方式中,伞裙在高速气流的作用下,迎风的半个伞面出现大幅度形变,表面应力分布较集中区域是从该面的护套根部一直延伸至伞裙边缘。应力分布云图中,应力集中最严重区域为伞裙根部的月牙形区域,最大值点在伞裙根部圆弧倒角的中心点处,集中程度从该点向外扩展逐渐减缓。
750 kV 复合绝缘子结构高度超过7 m ,于强风区的实际运行过程中,在强风下高低压端之间处于不同位置的伞裙承受差异性的流体激振作用,部分伞裙会出现持续性的伞裙摆动现象。伞裙摆动的最大幅度能使大伞裙表面抵触到小伞边缘,在此严重的形变下伞裙根部应力集中程度极高。在此循环应力作用下,该月牙形区域的硅橡胶材料逐渐疲劳松弛,最终发展产生撕裂裂纹。
3.2 强风区绝缘子伞裙根部断裂发展过程
通过对乌吐线故障复合绝缘子的现场调研发现,伞裙断裂故障由轻微到严重有如下3类情况,即1)伞裙根部区域产生离散的针刺点;2)伞裙根部倒角处产生细微裂纹,伞裙表面硅橡胶材料破坏明显;3)从伞裙表面产生贯穿至另一面的断裂,单支绝缘子上多片大伞发生这种故障。三类情况分别如图13所示。
此外,通过外力压迫伞裙产生大形变过程中,有部分大伞裙出现以下两种情况:1)在某些外表完整的伞裙中,当其受外力作用出现大变形时,在根部区域逐渐出现细微裂纹,随着施加力的增大和形变加剧,该裂纹迅速扩展,伞裙根部完全撕裂形成贯穿性断裂裂纹;2)对根部已经产生针刺点的伞裙施加外力使其变形,可以发现针刺点逐步扩展为细小裂纹,接下来各个针刺点形成的裂纹相贯连,形成狭长的小裂纹,并进一步发展,最终形成断裂故障。
(a) 初期的针刺点
(b) 发展为细微裂纹
(c) 伞裙根部疲劳裂纹
图13 伞裙断裂故障发生的几个阶段 Fig. 13 Developing steps of sheds fracture failure
图14 应力集中区域与现场破坏对应情况 Fig. 14 Comparison of stress concentration
aera with the failure problem in field
根据绝缘子故障情况的现场调研结果,结合硅橡胶疲劳龟裂实验结论及绝缘子伞裙受力仿真分析结论,可得出复合绝缘子使用于强风区产生断裂故障的完整过程如下:
1)在强风气流下,复合绝缘子伞裙出现大幅度摆动现象,该现象导致伞裙根部应力集中,并且该应力周期性作用。
2)在长期循环应力作用下,硅橡胶材料在应力集中区域出现疲劳松弛现象,该区域位于伞裙根部圆弧形倒角区域内。
3)随着材料疲劳的加深,伞裙表面开始产生
离散的针刺点,单个针刺点面积小于1 mm 2。
4)随着循环应力的持续作用,针刺点逐渐发
第6期 朱正一等:强风区750 kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究 953
展为独立的细小裂纹,进一步各细小裂纹相互贯连,形成较为显著的表面裂纹。
5)表面裂纹一方面沿伞裙表面横向发展,长度不断增加,另一方面深入伞裙内部,向伞裙另一侧延伸,最终发展为贯穿性的断裂故障。 3.3 伞裙表面硅橡胶磨损
在强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障中,伞裙撕裂均从伞裙某一伞面开始发展,直至贯穿至另一伞面,而位于伞裙撕裂伞面的背面,可以发现严重的伞裙表面磨损现象,如图15所示。
图15 故障绝缘子表面磨损情况
Fig. 15 Abrasion phenomenon of failed insulators surface
一般情况下,硅橡胶在承受外部物体、或者内部硅橡胶部件之间摩擦作用下,均会出现一定质量和体积的损耗。位于强风下的复合绝缘子,大伞裙在流体激振作用下,其摆动幅度较大,导致大伞裙表面与小伞边缘相抵触。在大伞的长期摆动过程中,伞裙之间的摩擦次数和摩擦力度大小,决定了形成凹坑的深度和弧长。从实际情况来看,撕裂越严重的复合绝缘子其表面摩擦形成的凹坑越明显。伞裙表面摩擦产生的凹坑,一方面导致了伞裙的体积和质量损失,另一方面磨损导致的绝缘子表面形状的不规整,对积污、电场分布产生不利影响。
4 结论
本文主要针对强风区复合绝缘子伞裙根部断裂问题,研究绝缘子硅橡胶材料疲劳特性,仿真分析强风下伞裙形变造成的应力集中问题,以及研究伞裙根部断裂的完整过程,得到如下结论:
1)在强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障中,单支绝缘子爬距损失最高占总爬距的20.4%,严重威胁复合绝缘子外绝缘安全。
2)实验研究表明,绝缘子硅橡胶材料的耐疲劳性能均不理想。在疲劳龟裂实验中,4个样品经受往复折叠次数均不超过8 300次,同时裂纹发展速度快,各样品由初始微裂纹发展至贯穿性裂纹屈挠次数均不超过1 500次。
3)强风下伞裙的大幅摆动引发伞裙根部材料疲劳,是导致伞裙根部断裂的直接原因。在复合绝缘子伞裙特殊结构下,材料断裂经历最初材料疲劳松弛,接着产生离散的针刺点,进一步发展为微裂纹,最终发展为贯穿性断裂裂纹。
4)故障绝缘子硅橡胶的抗张强度、撕裂强度均合格,但此项常规机械特性未能有效反映橡胶疲劳问题,目前,硅橡胶材料的耐疲劳性能可通过疲劳龟裂试验来有效反映,该试验是对强风区复合绝缘子运行可靠性评估的有效手段。
5)目前应用于强风区的复合绝缘子结构参数均满足外绝缘设计的要求,但在运行中出现伞裙大幅摆动并导致根部断裂,因此在强风区复合绝缘子选型应用中需充分考虑其伞裙抗风性能,进一步研究工作将关注于加强伞裙结构刚度、提高硅橡胶弹性模量、改进硅橡胶疲劳性能。
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收稿日期:2013-08-25。 作者简介:
朱正一(1987),男,博士研究生,主要从事复合绝缘子外绝缘性能研究,[email protected];
贾志东(1966),男,博士,教授,博导,
朱正一
长期从事高电压外绝缘及电工新技术等方面的研究,内容包括外绝缘防污闪技术,绝缘子覆冰问题,绝缘子抗风问题等,[email protected]。
(编辑 胡琳琳)
强风区750 kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
朱正一, 贾志东, 马国祥, 王希林, 关志成, ZHU Zhengyi, JIA Zhidong, MA Guoxiang, WANG Xilin , GUAN Zhicheng
清华大学深圳研究生院,广东省 深圳市,518055中国电机工程学报
Proceedings of the CSEE2014(6)
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