特殊條件下高壓驗電器強度不夠的解決方案

武文吉 呂澤鵬

摘 要：高壓驗電器是一種電力系統通用的驗明高壓設備（一般指35kV及以上設備）是否有電的安全工器具。實踐中，在一些大風天氣下使用驗電器時，在驗電器絕接口處容易開裂。電壓等級不同，絕緣桿有1.8、6、8米等多種，為攜帶儲存方便絕緣桿均制作成伸縮型。本文結合實際工作經驗，對現有的驗電器在其接口處加裝特殊套口達到加固驗電器的目的，從而很好的提高了驗電器的強度。

關鍵詞：高壓驗電器，驗電器，絕緣桿

中圖分類號：TM835 文獻標識碼：A

一、高壓驗電器簡介

現場普遍采用的是電容型驗電器，是通過檢測流過驗電器對地雜散電容中的電流，校驗高壓電氣設備、線路是否帶有運行電壓的裝置。主要由接觸電極、驗電指示器、連接件、絕緣桿和護手環組成。本文主要是探討提高絕緣桿強度的方案。

二、問題再現

對某500kV變電站2011和2012年驗電器使用、維修更換情況進行記錄統計，兩年內的停電工作中，60次驗電操作，有16次損壞現象，比例高達26.7%，絕緣桿接口開裂故障占到87.5%。

三、原因分析

下面是驗電器絕緣桿使用個過程中受力情況分析（8米長的為例）：

使用驗電器時，驗電器絕緣桿在自身重力、風力等諸多力的作用下會彎曲，其彎曲程度超過材料本身最大彎曲強度就會損壞驗電器。我們計算驗電器絕緣桿材料的彎曲強度，來驗證其是否符合現場使用要求。驗電器絕緣桿的彎曲強度與彎矩基本成正比，為了簡化計算就通過彎矩大小來反映驗電器的彎曲強度。彎矩=力×力臂=q×a

我們建立絕緣桿受力模型圖（如圖1所示）， q為絕緣桿所受的力， a為力臂。實際使用中彎曲較大的地方在較細的上半部分，為了使模型曲線與實際彎曲曲線較吻合，設q作用于驗電器上半部分，如圖所示： A點固定，B點不固定，C點為AB中點，即a為驗電器長度的一半。絕緣桿長為8米，力臂a為驗電器長度一半，即a=4米。

人作用力等效為支座反力RA+RB，根據彎矩平衡特性，分段分析

（1）根據力矩平衡求支座反力

A點平衡：∑MA=0，2a×RB-（3/2）a×aq=0，得RB=3a/4

B點平衡：∑MB=0，aq×a/2-2aRA= 0，得RA=qa/4

（2）建立彎矩方程

AC段：∑M0=0，M-RAx=0，故M= RAx=qax/4 （0﹤x≦a）

CB段：∑MC=0，M-RAx+q（x-a）2/2=0，故M=qax/4-q（x-a）2/2 （a≦x≦2a）

根據方程繪制彎矩圖（見圖1），CB段的方程為一元二次方程，弧線頂端為彎矩最大處：計算化簡后Mmax = 9qa2/32

驗電器受力q=重力G+風力F等效于人的作用力，

a）重力G：質量為2.5kg，取g=10N/kg，重力G=25N，q最小值為無風情況下的驗電器重力G，

代入彎矩方程得：Mmin=112.5Nm；

b）風力F：絕緣桿風力計算模型圖如圖2所示，

風力計算公式為：F=wp×S其中wp為風壓，S 為迎風面積。

wp=v?/1600kN/m2 其中 v為風速

絕緣桿共6節長為：8m，直徑為0.05m，管壁厚度0.002m， 受力面積為：

﹙0.05+0.044+0.038+0.032+0.026+0.020）×8/6=0.28m?

因為該變電站4級風較多，取4級風進行計算，4級風速上限為7.9米/秒

絕緣桿的所受風力為：

F=wp×S=（7.9×7.9/1600） ×0.28=11N

q的最大值為重力G與風力F的和，則q最大值為q=G+F=36N，

代入彎矩方程得：Mmax=162Nm

驗電器直徑為28mm以上，查閱絕緣桿機械性能表：允許荷載值彎曲力矩為不小于110Nm，現場使用的驗電器允許荷載值是：130Nm，最小破壞荷載值330Nm。可以看出：絕緣桿實際承受的彎矩經常接近于允許荷載值。雖然承受彎矩小于最小破壞荷載值，但是這個最小破壞荷載值是指絕緣桿被折斷的限值，這也是實際使用中為什么絕緣桿沒有折斷現象的原因。而在薄弱的節與節連接處的絕緣桿接口，經常在大于或接近于臨界值的環境中使用，長期處于疲勞狀態，有風情況下實際荷載值大于允許荷載值，導致驗電器損壞。因此我們只要在驗電器絕緣桿節與節的連接處做加固增加強度，那么其損壞問題就會得以解決。

四、制定解決方案

通過市場調查，伸縮桿的固定接口有多種，其中有一種螺旋式伸縮接口最為常見，且使用方便，不易損壞，用外固定螺旋式伸縮接口固定絕緣桿。材質方面考慮到絕緣性能，有PC和PBT兩種供選擇。PBT材質雖強度較PC大，但是其制造工藝要求苛刻，造價較高，因此選擇絕緣性能同樣良好、制造工藝要求低、價格較便宜的PC材質。改造前后的對照圖如圖3，帶黑色接口的為改造后的驗電器。

五、改造后的效益

1 改造后的驗電器至今未出現絕緣桿損壞現象。

2 減少更換、試驗驗電器的次數，為公司節省了人力，節約了成。

3 方便了變電運行人員驗電操作，提高了安全性。

4 為以后的采購提供了技術支持。

參考文獻

[1]劉俊剛.基于紫外檢測法的非接觸式特高壓驗電器的研究[D].重慶大學，2007.