可旋轉角度高壓套管彎曲試驗裝置設計淺析

趙博，張敏，董永星

（西安高壓電器研究院有限責任公司，陜西 西安 710077）

隨著電力建設的高速發展，各類型的套管被越來越多地制造出來并廣泛運行在電網系統中。根據國家標準GB／T26166—2010《±800kV直流系統用穿墻套管》、GB／T22674—2008《直流系統用套管》、GB／T4109—2008《交流電壓高于1000V的絕緣套管》型式試驗的要求需要對套管進行懸臂負荷試驗，且套管與地面的水平夾角在0°～30°可調，從而達到對整體產品的相應機械性能的試驗考核。

以往套管采用搭建試驗構架見圖1所示，來完成懸臂負荷試驗，這一方法存在以下幾個問題：（1）不能完全模擬特高壓套管實際運行的安裝角度；（2）特高壓套管體積大、重量大，傾斜安裝時到位困難，試驗周期較長并且試驗效率不高；套管與地面的水平夾角為一固定值，無法在0°～30°的任意角度進行試驗調節；（3）試驗過程中不安全因素較多。

圖1 采用搭建試驗構架進行套管懸臂負荷試驗

為了解決上述問題，本文提出了套管懸臂負荷試驗對裝置旋轉角度的設計要求，并對裝置U型旋轉架結構在不同的轉動角度下進行了計算機仿真。

1 功能要求及仿真

通過對相關國家標準要求的研讀，提出試驗裝置的功能要求：裝置的尺寸涵蓋各類型套管尺寸；套管可在水平0°～30°的任意角度進行轉動。

按照上述要求，利用有限元分析軟件soildwork對試驗裝置的各部位應力進行了設計及仿真計算，關鍵部位的仿真過程如下所示。

U型旋轉架：安裝在旋轉架上的特高壓套管重105N，旋轉架垂直夾角（套管與地面的水平夾角）0°和30°時受力狀況見圖2、3所示。

結論：最大受力點未超過材料屈服極限，加載狀態可以滿足要求。

圖2 旋轉架垂直夾角0°受力圖

圖3 旋轉架垂直夾角30°受力圖

通過以上有限元分析，確定了本新型裝置核心結構U型旋轉架的性能參數，長度2.015m，高度1.55m，U型定位槽外側厚度0.12m見圖4所示，旋轉速度為3.8°/min，能承受最大載重105N，最大力矩為150kN/m，U型旋轉架的主體采用材料型號為Q235A的方形鋼材焊接而成。

2 裝置結構

下面結合圖5，對本裝置結構進行簡要說明。

圖中：1.套管；2.U型旋轉架；3.三角形旋轉臂；4.絲杠千斤頂。

圖4 U型旋轉架結構側視和正視示意圖

各種類型的套管經過過度件均可安裝在該旋轉裝置的通用快插法蘭上，過度件可在地面安裝，這樣各類型套管在高空上就可直接快插安裝，十分方便；第二部分為三角形旋轉臂，臂長1.33m、0.96m，臂厚0.1m，一端與U型旋轉架連接，另外一端與絲杠千斤頂連接；第三部分為絲杠千斤頂，2.2kW的電機經過兩級減速帶動蝸桿，然后蝸桿帶動渦輪，渦輪中心的絲杠產生上下移動帶動三角形旋轉臂到達指定位置后自動鎖死，使得套管在水平0°～30°的任意角度進行旋轉，絲杠伸縮長度決定套管的水平安裝角度，絲杠推力最大為100kN，通過安裝在U型旋轉架上的角度傳感器，角度的變化實時反饋到遠程控制臺上，從而實現套管水平角度的精準旋轉。

圖5 裝置0°和30°結構正視示意圖

3 試驗方法

（1）套管水平安裝：啟動遠程控制臺上的復位按鈕將設備頂部旋轉裝置調整到初始位置0°，如圖6所示，然后使用吊帶將套管固定好，使用吊車將套管吊入頂部旋轉裝置的U型定位槽內，將吊帶卸載，并保持一定間隙（起到異常斷裂緩沖作用），確保轉動時的各個角度不干涉。

（2）套管角度旋轉：啟動遠程控制臺上的旋轉角度按鈕（水平角度0°～30°），并觀察屏幕的角度到設定值時按停止按鈕，角度調整完畢；當轉動過程突然出現異常現象時，可啟動急停按鈕，同時吊車的緩沖帶接住產品，防止直接掉落砸傷設備。

4 試驗驗證

試驗室工作人員使用該裝置完成了空載狀態下絕緣子安裝法蘭（U型旋轉架）角度的變化試驗，試驗參數：套管水平角度30°，對應的絕緣子安裝法蘭（U型旋轉架）水平角度60°，試驗過程持續60s，該裝置從初始位置旋轉到試驗要求的狀態，該試驗裝置能實現旋轉角度的穩定輸出，各項試驗數據符合可旋轉角度高壓套管試驗裝置的功能要求。

圖6 裝置初始位置

5 裝置特點

具有以下3個特點：

（1）數據準確性高和應用范圍寬：完全符合國家相關標準對高壓套管試驗的安裝角度要求，各種類型高壓套管均可適用于本裝置。

（2）操作靈活簡便：使用時只需將套管裝到頂部旋轉裝置的U型旋轉架內即可進行試驗，省時省力。

（3）試驗周期短和安全性高：不需要像以前那樣布置臨時試驗構架完成試驗，使用該裝置后試驗周期大幅縮短，且試驗效率得到了大幅提高，同時杜絕了使用試驗構架存在的不安全隱患。

6 使用效果

本裝置在高壓套管懸臂負荷試驗使用后，試驗效率得到了大幅提高，滿足相關國家標準對高壓套管水平安裝角度要求的同時，安全性也得到了保障。

7 結語

本文研制了一種經濟耐用、可旋轉角度的高壓套管試驗裝置，解決了以往在高壓套管懸臂負荷試驗中，為了達到高壓套管水平安裝角度的要求，使用試驗構架進行試驗存在的布置周期長、傾斜安裝時到位困難、試驗效率低、試驗不能完全滿足標準要求和不安全隱患的弊端。