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應(yīng)變電測技術(shù)在高壓電器產(chǎn)品中的應(yīng)用

來源:南京聚航科技有限公司   2025年02月12日 13:22   68

許多高壓電器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在設(shè)計時,經(jīng)常會用到有限元分析技術(shù)。但由于結(jié)構(gòu)形狀和實際載荷條件的復(fù)雜性,按其理論模型進行分析計算所得的結(jié)果,往往與實際情況有較大的差別。要解決這類問題,有必要通過實驗的方法對實際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行應(yīng)力應(yīng)變測試,以便了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力變化情況。同時,也可用應(yīng)力應(yīng)變測試所得的數(shù)據(jù),檢驗按模型進行理論分析所得結(jié)果的準確程度。應(yīng)變電測技術(shù)是實驗應(yīng)力分析中一種方法,廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。

應(yīng)變電測技術(shù)在高壓電器中的應(yīng)用

高壓斷路器是高壓電器的主要設(shè)備,而操動機構(gòu)和傳動結(jié)構(gòu)又是高壓斷路器的兩個主要組成部分,其機械可靠性是高壓電器研發(fā)制造、工程設(shè)計的關(guān)鍵問題。因此,使用應(yīng)變電測技術(shù)對上述問題進行測量分析,對高壓電器的研發(fā)設(shè)計都有重要的意義。近年來,高壓電器領(lǐng)域的強度問題都采用應(yīng)變電測法進行測量,既經(jīng)濟又方便快捷。

斷路器安裝地腳沖擊力測量

超高壓、特高壓斷路器配用的液壓操動機構(gòu)具有瞬時爆發(fā)大功率的特點,因此對現(xiàn)場安裝有嚴格的要求。地基的穩(wěn)定性及地腳螺栓的強度等關(guān)鍵因素,都會影響著高壓斷路器功能特性,也關(guān)系著電網(wǎng)的安全。準確測量斷路器動作時地腳螺栓受到的沖擊力,對現(xiàn)場安裝設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。以800KV罐式斷路器的地腳沖擊力測量為例,測量點選在地腳螺栓上,選取兩個測量點,分別測量螺栓的軸向力和切向力。考慮到環(huán)境溫度等影響因素,分別將兩組應(yīng)變片采用不同的組橋方式,組成1/2電橋,具有溫度自補償和提高測量靈敏度的特點。通過JHDY動態(tài)應(yīng)變儀完成15次分合閘動態(tài)應(yīng)變測量記錄,通過下列公式計算得到地腳的動態(tài)過程的*大沖擊力。

應(yīng)力:σ=ε*Ε

作用力:F=σ*S

其中:E為所測構(gòu)件的彈性模量;S為所測構(gòu)件的截面積;最后的測量結(jié)果表明:分閘操作沖擊力*大,軸向沖擊力達232000N,切向沖擊力達176000N。

分析斷路器某些構(gòu)件斷裂的原因

應(yīng)用應(yīng)變電測技術(shù)測量高壓斷路器操動機構(gòu)的動態(tài)力矩特性,也可以測量分析某些結(jié)構(gòu)件斷裂面的應(yīng)力分布。

以某產(chǎn)品用斷路器拐臂盒出現(xiàn)裂紋質(zhì)量問題為例,首先測量其操動機構(gòu)作用力;在連桿上測量1個點的應(yīng)力,乘以截面積得出作用力值,測量點的作用力約87000N和計算的載荷基本一致。

根據(jù)測得應(yīng)力時間分布圖:斷裂構(gòu)件在時間行程曲線對應(yīng)的起始和緩沖兩個時間段受到的應(yīng)力*大,采用有限元分析軟件計算斷裂面的應(yīng)力分布情況。

高壓電器.png

 

利用有限元分析軟件建立靜載模型的計算結(jié)果為:起始階段拐臂盒*大應(yīng)力49.2MPa,緩沖階段拐臂盒*大應(yīng)力54.6MPa,基本反映應(yīng)力的分布情況,由于作用力為沖擊載荷,需要乘以理論沖擊系統(tǒng)2.5。

為了驗證理論計算數(shù)據(jù)的可靠性,對新拐臂盒進行了應(yīng)力測試,根據(jù)結(jié)構(gòu)件斷裂部位及有限元分析計算結(jié)果,在應(yīng)力分布集中的8個點布置了應(yīng)變片進行測量,測量結(jié)果表明:構(gòu)件斷裂面?zhèn)€別應(yīng)力集中點的測量值接近允許材料強度;同時通過與計算值的比較,對理論沖擊系統(tǒng)進行了適當修正。設(shè)計人員根據(jù)測試數(shù)據(jù)重新設(shè)計,修改了部分結(jié)構(gòu),加大了相關(guān)部位的尺寸厚度和圓弧過渡處半徑,以避免應(yīng)力集中。經(jīng)過重新設(shè)計后,重新測量結(jié)果表明,改進結(jié)構(gòu)后的拐臂盒應(yīng)力值減小30%,安全系數(shù)由1.26提高到1.76,增大了安全裕度。特別是開裂位置應(yīng)力明顯減小,應(yīng)力分布均勻,與有限元分析計算結(jié)果相近,為科學(xué)決策提供了技術(shù)依據(jù)。

結(jié)束語

應(yīng)變電測技術(shù)具有測量精度高、測量靈敏度高,傳感元件安裝不影響被測元件的應(yīng)力狀態(tài),頻率響應(yīng)快,成本低,測量方便,測量范圍大等優(yōu)點。在高壓電器產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計方面具有很大優(yōu)勢。采用應(yīng)變電測技術(shù),對產(chǎn)品設(shè)計情況進行實驗驗證,可以確保高壓電器產(chǎn)品設(shè)計更加合理科學(xué),并避免生產(chǎn)后造成的質(zhì)量隱患。目前,應(yīng)變電測技術(shù)在高壓電器領(lǐng)域的應(yīng)用主要是將應(yīng)變電測技術(shù)同有限元理論計算分析技術(shù)相結(jié)合,相互驗證,對工程結(jié)構(gòu)和機械強度問題進行綜合評估,提高高壓電器產(chǎn)品的研發(fā)進度和工程設(shè)計效率。

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