摘要：为了对252kV盆式绝缘子的力学性能进行研究，本文对盆式绝缘子进行重复水压试验，利用电阻应变测量技术实测其变形情况。研究发现，重复加载的压力值在3.0MPa以内，盆式绝缘子的应变变化与受到的外力呈线性，且却载后盆式绝缘子可恢复到初始状态;根据实测结果分析盆式绝缘子凹面受到压力作用时凸面的应力分布规律，弧线段末端为应力集中区域;盆式绝缘子的应变是外加载荷和内应力的共同作用，内应力过大对盆式绝缘子整体的强度有一定影响。
关键词：盆式绝缘子:力学性能:应力应变:水压试验
引言
近年来，因力学性能欠佳造成的破裂故障时有发生，严重影响GIS的整体运行，极易造成变电站运行安全事故。ts-910盆式绝缘子安装于中心导体和壳体之间，承受着部分中心导体重量;同时承受着高压SF6气体产生的压强;组装、检修等工况下盆式绝缘子可能仅单面受压，其两边的气体压力差远大于正常运行时的压力;各种复杂的受力情况加之制造过程中产生的残留应力，多种因素的共同作用容易导致盆式绝缘子变形甚至破裂。盆式绝缘子结构不同于常见的简单构件，受力时内部应力也较复杂，研究盆式绝缘子上的应力分布规律有利于找出结构设计的薄弱部位，从而改善优化盆式绝缘子结构。
1测试系统
1.1水压试验
选用252kV电压等级的盆式绝缘子，安装时盆式绝缘子凹面向下，外法兰固定在工装上。盆式绝缘子凹面及工装底座内部注满水，采用加压装置以不超过400kPa/min的速率均匀升压。盆式绝缘子设计压力为0.75MPa，例行水压试验中，用水泵加压至设计压力的两倍((1.5MPa)并保压一段时间，合格的盆式绝缘子应保持不破。水压破坏试验中，对盆式绝缘子匀速缓慢升压直至破坏，破坏瞬间水泵顶端水压表的读数即为盆式绝缘子的破坏强度。
1.2应变测量方法
试验用到BX120-SAA型号的单向电阻应变片及BX120-SBA型号的直角双向电阻应变片，初始电阻值均为120Ω。试验所用应变仪为TST3827动静态应变测试分析系统，最高采样频率200Hz，最大测量范围30000ws,满足试验要求，配备有应变信号采集分析软件。水压试验前预先在盆式绝缘子表面(凸面)粘贴应变片，将应变测试导线接人应变测试分析系统。应变测试分析系统可以实时测量并记录水压增大过程中盆式绝缘子表面的应变值变化。
2盆式绝缘子重复水压试验
2.1试验过程
1-12为测点位置编号;3-4,4-4等为该测点所占用的仪器通道号，即部分测点设有两组测量通道，第二组通道对应的应变片晚于第一组通道粘贴，将两组通道测量数据进行对比，排除应变片本身误差。
第一次试验水压加压过程为;0-X0.75MPa--X1.5MPa,水压增加到1.5MPa并保压一段时间后，卸载压力;进行第二次加压过程:0--X0.75MPa-X15MPa--2.0MPa,为测试盆式绝缘子的弹性拉伸范围，每次重复试验最大水压值增大0.5MPa。如此循环，直到盆式绝缘子破裂或应力应变趋势出现明显变化。
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2.2试验数据分析
选择测点6的数据，对水压重复试验的测试结果进行分析。表1列出了盆式绝缘子七次重复试验中，水压值缓慢增大时测点6的位置径向应变值。利用表1中的数据作图，反映出各次试验中不同水压下测点6应变测量值的分布。
前四次试验中同一水压强度下测点6位置的应变值非常接近，第五次试验数据偏离前四次的测量值较远。第四次最大水压为3.0MPa,水压强度为0-3.0MPa的范围内，同一位置同一水压强度时应力值基本相同。盆式绝缘子凹面施加的外加载荷在较低的范围内，凸面不同部位的应力分布情况保持不变，且在外界作用消除时盆式绝缘子能恢复未受压的原始状态，具有较好的弹性。求取同一水压强度下前四次试验结果平均值并连线。应变平均值变化成线性，随着水压的增大测点6位置的应变值均匀地增加，其应变变化与水压强度成正比例关系。其余测点的应变也与水压成线性关系，在一定范围内，盆式绝缘子对外界载荷具有较好的线性响应。
综合以上分析，当盆式绝缘子承受的外界载荷较小时，盆式绝缘子具有线弹性特征:水压重复增大过程中，各局部区域受力的分布规律不变;高分子环氧树脂材料的线性弹性体特征在盆式绝缘子中得以体现。为第五至七次试验测点6的应变值随水压变化曲线。当水压值增大到3.0MPa以后，第七次试验应变曲线明显向上弯曲，水压每增加0.5MPa，应变值增大量明显增多，盆式绝缘子的变形不再具有线性特征。第六次和第七次的应变变化曲线出现明显交叉，盆式绝缘子未能恢复初始状态。
测点5所在区域的应变值远小于测点6区域，环氧树脂材料处于弹性拉伸范围，水压大于3.0MPa时，测点5的应变变化曲线也出现了向上弯曲的现象，水压一应变曲线不再是斜率不变的直线，水压较大时盆式绝缘子上受力分布规律发生了变化。应力是材料单位面积上受力的集中体现，包括内应力和外应力:外应力指外加载荷引起的力，与水压值及构件形状有关;内应力指无外界作用时物体内部仍保留的力，它在物体内形成一个平衡的力系，使物体保持一定的形状，一般由材料本身引起。物体受静载时可以将内应力作为一个叠加在外力作用上的预加载荷分析。构件变形是外部作用力与残余内应力交互作用的结果p8-W。当叠加应力接近材料弹性极限时，残余内应力开始松弛，构件内应力分布会发生变化。盆式绝缘子的内应力主要是在环氧树脂体系经高温固化和冷却至室温的过程中，由于体积收缩等原因产生的。在粘贴电阻应变片之前，盆式绝缘子就有一定的内应力，电阻应变片的测量值是水压的加载造成的应变变化。在水压较小时，内应力保持不变，盆式绝缘子应变变化和水压变化是成正比的。水压超过3.0MPa后，外加水压仍均匀上升，应力集中部位的内应力和水压载荷作用之和接近弹性极限，内应力分布变化，整体看来盆式绝缘子应变变化和水压之间的线性关系发生了变化。
结语
综上所述，在水压较小时，盆式绝缘子整体具有较好的线性弹性，在3.0MPa以下，盆式绝缘子可重复进行水压试验;超过3.0MPa，盆式绝缘子的变形与外加载荷不再成正比，且卸载后因为内应力分布的变化，盆式绝缘子的应变变化不再具有可重复性。因此，在出厂试验中应合理考虑盆式绝缘子的例行水压试验强度值，252kV盆式绝缘子采用2倍设计压力((1.5MPa)留出了一定裕度。
参考文献
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论文作者:刘庆东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：绝缘子论文; 水压论文; 应变论文; 应力论文; 载荷论文; 内应力论文; 线性论文; 《电力设备》2018年第16期论文;