一種新型的合成絕緣子金具的設計

一種新型的合成絕緣子金具的設計

1合成絕緣子的缺陷合成裝置已經(jīng)安裝了10多年，重量輕、結構復雜、施工方便、環(huán)境保護等優(yōu)點，在電氣系統(tǒng)中得到了廣泛應用。隨著運行時間的延長,合成絕緣子逐步暴露了一些缺陷,不僅有質(zhì)量問題及工藝缺陷,甚至個別產(chǎn)品的結構也存在一些問題。對此,必須引起高度重視。作者以多年研制合成絕緣子的經(jīng)驗認為:所暴露的缺陷中以金具的缺陷最為嚴重,主要原因是人們對它的關注遠不如對合成絕緣子外絕緣的關注,加之生產(chǎn)廠家對金具的結構及工藝也重視不夠所引起。因此,迫切需要對合成絕緣子的金具結構及工藝進行分析研究,并設計新的合成絕緣子金具,以防止合成絕緣子金具故障。2外錐套管體套合結構的確定金具是合成絕緣子的重要部件整支合成絕緣子要依靠它支撐;掛線懸吊和傳遞很大的拉張載荷要求連接牢固,并在工作時絕對安全可靠。結構緊密且便于密封,不能受潮,并能適應不同電壓等級合成絕緣子所提出的不同拉張載荷噸位的要求。國內(nèi)外合成絕緣金具結構大致分為四種,即粘接型、機械連接型、壓接型和機粘結合型,這些金具結構各有利弊。但隨著電壓等級逐漸向超高壓和特高壓方向發(fā)展,相應其對金具的拉張載荷的噸位要求也越來越大,以上的金具結構都難以適應。通過反復試驗、修改和篩選,最終決定采用目前的這種外錐套筒體套三內(nèi)園環(huán)錐舌片錐套套合結構,其結構剖面圖如圖1所示。這種結構其工作安全可靠,穩(wěn)定性好,優(yōu)于前述各種金具結構。由圖1可見,該金具是由外錐套筒、內(nèi)錐套、球窩帽等元件組成。內(nèi)錐套是由三錐舌片構成。即將內(nèi)錐套按圓心角α=120°等分套筒,開出三條與套筒軸線平行的寬度為2mm的貫通切口,由錐套小端貫穿到大端,在此處內(nèi)孔保留1.5mm的薄層,分成三片的錐套在大端處上相連。金具主要依靠內(nèi)園三錐舌片與棒芯材料表面間所產(chǎn)生的摩擦力F來平衡棒芯所受到的外加張力P,要使產(chǎn)生的摩擦力F足以平衡外加張力P,這就要求三錐舌片對棒芯產(chǎn)生的正壓力要大,而正壓力的產(chǎn)生,則靠外錐筒體在棒芯受拉后產(chǎn)生對內(nèi)錐舌片的擠壓力R來提供,進而通過內(nèi)園環(huán)舌片傳遞到棒芯上,從而將棒芯夾緊,它能隨著拉張載荷的增大自動調(diào)節(jié)對棒芯的緊固力,自鎖的能力相當高,并能確保金具內(nèi)棒芯材料頭部的完好無損。其受力情況如圖2所示。3棒芯壓毀試驗結果棒芯材料采用環(huán)氧樹脂玻璃纖維單向增強引拔棒(GRP棒芯),為橫觀各向同性體,當其在端頭受力后,處于兩向受壓一向受拉的應力狀態(tài),其受力情況如圖3所示。由第二強度理論知:假設為受壓應力)由上式可見其相當應力被減小了,而且第一主拉應力σ1將由受力纖維承擔,所以不易破壞棒芯材料。而且棒芯被錐片包圍著環(huán)向受壓,且通過面積傳力,將使每點上的壓強不大,而且分布較均勻,因此,不易將棒芯壓毀,只可能將棒芯越壓越密實,通過大量的試驗,已完全證實了這一受力分析。表1為棒芯Υ24mm的500kV-16T合成絕緣子試驗結果,從表1中可以看出,其指標全部達到要求,測得的極限拉伸負荷為23.5T比額定拉伸負荷的值高46%,說明了合成絕緣子有足夠的強度儲備。這種結構的合成絕緣子克服了棒芯材料橫向局部抗壓強度低的弱點,又能充分發(fā)揮和利用棒芯材料縱向拉伸強度高的優(yōu)點,且隨著外部拉伸載荷的加大,錐舌片對棒芯的夾持自鎖能力也隨之增大。4片錐套套合的金具由上所述,外錐套筒體套三內(nèi)園環(huán)錐舌片錐套套合的金具能自動調(diào)節(jié)對棒芯的緊固力,自鎖能力很高。但若選材不當及組裝時工藝不嚴謹,仍會造成金具的故障。4.1對摩擦系數(shù)的要求由靜摩阻力計算F=fN可知,要使產(chǎn)生的摩擦力F足以平衡外加張力P(即F=P),除了要求三錐舌片對棒芯產(chǎn)生的正壓力N要大外,對摩擦系數(shù)f也有嚴格的要求,而摩擦系數(shù)f與錐舌片選用的材料和GRP棒芯材料的性質(zhì)有關。前者則與錐舌片所選擇的錐度有關,后者則與錐舌片選用材料有關。設外錐套筒對三內(nèi)園環(huán)錐舌片每片上的合壓力為R,由圖2可知,每錐舌片對棒芯產(chǎn)生的正壓力N1=Rsinα,產(chǎn)生的摩擦力F1=Rcosα由F=P,得由上式可得到所需的摩擦系數(shù)f值,即根據(jù)⑷式,這就為選擇錐舌片材料或錐度提供依據(jù)。4.2外錐套壓裝力的調(diào)整金具在組裝時,棒芯要按一定長度插入外錐套筒,再將內(nèi)錐套套裝在棒的頭部,施力于內(nèi)錐套大端截面上使錐內(nèi)套小端楔入達到外錐套筒的棒頭入口相接近或平齊,此時施力必須要有足夠的緊固力,一般采取與額定破壞荷載相等的壓裝力。而合成絕緣子實際破壞負荷都大于額定破壞負荷。為此,可以增加對內(nèi)錐套的壓裝力,從而達到有效地防止滑移,增加安全的目地。內(nèi)外錐套組裝完畢后,將灌封膠填入外錐套筒上、下端部,再旋上球窩帽直至壓緊,保證金具內(nèi)不進潮氣防止銹蝕并能保護棒芯與外界隔絕不受潮氣及臭氧的侵蝕。同時在金具外表面噴涂既導電又防腐的含炭涂料,防止金具腐蝕。檢查合成絕緣子金具組裝效果,除了進行鹽霧試驗,冷熱試驗外,還采用機-電試驗來檢驗密封度和荷載力,采用X射線透視法進行內(nèi)檢查。5合成絕緣子金具故障因素所設計的合成絕緣子金具結構可適應于各電壓等級各噸位的要求,已用于線路安全運行十多年,未發(fā)生金具事故,經(jīng)受了惡劣的自然環(huán)境和施工安裝操作的考驗,實踐證明是十分安全可靠的。隨著生產(chǎn)廠家增多,近年來合成絕緣子金具故障時有發(fā)生,主要有以下因素造成:一是金具內(nèi)錐套材料的性能不穩(wěn)定(選材不嚴格)及內(nèi)錐套舌片的錐度不符合設計要求,且配合不當造成金具的滑動。二是金具內(nèi)的灌封膠