氣動漩渦作用下復(fù)合絕緣子芯棒使用壽命研究

鄭松源　李書興

摘要：文章對復(fù)合絕緣子芯棒在氣動漩渦作用下發(fā)生振動破壞的使用壽命估算方法進(jìn)行了研究，計算了架空導(dǎo)線的振動頻率及其時長，根據(jù)修正的Goodman圖、S-N曲線和Miner線性損傷積累法則，給出了芯棒使用壽命的估算方法，通過220kV復(fù)合絕緣子芯棒使用壽命估算的算例，與實際統(tǒng)計壽命對比，表明了文章估算方法具有可靠性。

關(guān)鍵詞：芯棒；振動；應(yīng)力；疲勞破壞；使用壽命；氣動漩渦 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG335 文章編號：1009-2374（2016）13-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.035

運行過程中，在傘套和均壓環(huán)的正常保護(hù)下，芯棒的機械振動疲勞性能決定其使用壽命。測量復(fù)合絕緣子疲勞性能的機械振動試驗法的成本很高，用數(shù)值模擬法計算使用壽命較簡單，但建模及有限元分析的工作量仍然不小。本文在前面學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，提出一種不需要建模和有限元分析，可以直接計算出結(jié)果的方法。

1 導(dǎo)線振動次數(shù)計算

運用線性疲勞損傷累積法則，需要計算出各風(fēng)速下導(dǎo)線振動的循環(huán)次數(shù)。這可以根據(jù)當(dāng)?shù)啬昃L(fēng)速分布來確定某風(fēng)速在一年內(nèi)出現(xiàn)的時長，與該風(fēng)速下導(dǎo)線的振動頻率，得到振動的循環(huán)次數(shù)。

3 算例

根據(jù)前面所討論的方法，估算某耐張段的復(fù)合絕緣子芯棒的使用壽命，絕緣子型號FXB1-220/100，導(dǎo)線型號LGJ300/25。

導(dǎo)線發(fā)生諧振所需風(fēng)速較小，通常為0.5～10.0m/s，將此風(fēng)速范圍以0.5m/s步長分成19個風(fēng)速段，共20個風(fēng)速節(jié)點。已知導(dǎo)線外徑d=23.76mm，由式（1）得各節(jié)點風(fēng)速下導(dǎo)線的振動頻率。

平原地區(qū)20m高度全年平均風(fēng)速為，則

=1.158，=2.316，代入式（4）得各風(fēng)速段的發(fā)生概率，即導(dǎo)線在該風(fēng)速段的計算振動頻率的發(fā)生概率。將發(fā)生概率代入式（5）得該計算振動頻率在一年內(nèi)的振動時間，再由式（6）得振動次數(shù)。

已知導(dǎo)線運行張力=31695.8N，計算截面=333.31mm2，可得到比載=31107.4Pa.m，進(jìn)而可得到懸掛點處芯棒的靜態(tài)應(yīng)力=954.1MPa，由式（9）計算芯棒在靜態(tài)應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力，即應(yīng)力幅。

已知芯棒拉伸強度=600MPa，材料常數(shù)=10，=0.017，代入式（7）得到僅應(yīng)力幅作用時的使用循環(huán)次數(shù)，從而可得到振動次數(shù)與使用循環(huán)次數(shù)比值，即使用系數(shù)，如表1所示。

累加使用系數(shù)得=0.1162，代入式（10）得使用壽命y=8.6年。實際工程中的振動角一般達(dá)，則使用壽命范圍在7.5～9.9年。

4 結(jié)語

第一，計算研究芯棒的使用壽命是8.6年，高出復(fù)合絕緣子的統(tǒng)計平均壽命7年。復(fù)合絕緣子的壽命還受到傘套或金具的機械或電氣破壞的影響，而本文以芯棒受傘套和均壓環(huán)的正常保護(hù)為前提。實際上芯棒的使用壽命除受振動疲勞影響外，其他原因還包括芯棒脆斷、酸性物質(zhì)侵蝕、高溫破壞等。綜合考慮，芯棒的實際使用壽命要小于8.6年。

第二，導(dǎo)線發(fā)生諧振所需風(fēng)速通常在0.5～10.0m/s之間，發(fā)生諧振不顯著地區(qū)的復(fù)合絕緣子芯棒的使用壽命不能由本文計算方法得出。這是本文方法不同于數(shù)值模擬法的根本所在。與數(shù)值模擬的疲勞分析法相比，算例表明本文方法的簡單與快捷。但因為不考慮數(shù)值模擬法所做的微觀分析過程，本文的計算誤差可能大過數(shù)值模擬法，這個誤差比較將進(jìn)一步研究。

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作者簡介：鄭松源（1985-），男，山東壽光人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司應(yīng)急搶修中心工程師，研究方向：應(yīng)急管理。

（責(zé)任編輯：王 波）