特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置的制作方法

本实用新型涉及变电站设备技术领域，尤其涉及一种特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置。

背景技术：

随着我国输变电工程向高压、超高压和特高压方向发展，交流变电站和直流换流站中装备了大量的关键变电设备，这些关键变电设备一般通过支柱绝缘子进行支撑。传统的，在变电站中采用的支柱绝缘子多为陶瓷材料，陶瓷材料为脆性材料，其弹性模量较大，但是抗冲击性能和延性较差，一旦在内部形成微小裂纹，就容易在地震中造成脆性断裂破坏，进而造成变电设备的损坏。近年来，复合支柱绝缘子因具有耐污性能好，重量轻，强度高，抗冲击性能好，不宜破碎等优点，开始逐渐被电力系统接受并投入使用。

一般的，用于支撑管母线的复合支柱绝缘子是安装在支架上面，由多个复合支柱绝缘子组成的单柱支柱绝缘子需要支撑设置在其上部的均压环和两侧的管母线等重量，由于支架对地震波的放大作用，使得支撑管母线的单柱支柱绝缘子受到的地震强度大于实际地震强度。为保证支撑的可靠性，需要研究单柱支柱绝缘子的抗震性能，尤其是应用在一些高烈度地区时，需要进行抗震试验，获取单柱支柱绝缘子的抗震性能。但是，现有针对单柱支柱绝缘子的抗震性能的研究较少，没有能够较好评估单柱支柱绝缘子的抗震性能的抗震试验装置。

技术实现要素：

基于此，本实用新型在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、试验成本较低、且能够有效评估单柱复合支柱绝缘子在地震作用下的抗震性能的特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置。

其技术方案如下：

一种特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置，包括振动台、安装在所述振动台的安装平台上的支架以及下端安装在所述支架的安装平台上的单柱支柱绝缘子，所述单柱支柱绝缘子的上端设有配重件，所述配重件的上端设有金具，所述支架的安装平台上设有至少一个加速度计以及至少一个位移计，所述单柱支柱绝缘子上设有至少一个加速度计、至少一个应变计以及至少一个位移计，所述金具上设有至少一个加速度计，所述振动台的安装平台上设有至少一个位移计。

在其中一个实施例中，所述单柱支柱绝缘子包括多个依次连接的复合支柱绝缘子，所述复合支柱绝缘子包括绝缘子芯棒以及设置在所述绝缘子芯棒两端的法兰，设定沿金具的轴线方向为X向，水平面内垂直X向的方向为Y向，竖向为Z向，所述支架的安装平台上设有XYZ三向加速度计，最下端的所述复合支柱绝缘子下端的法兰与绝缘子芯棒的交接部位设有XY向加速度计，所述单柱支柱绝缘子的重心处设有XY向加速度计，最上端的所述复合支柱绝缘子的中部设有XY向加速度计，最上端的所述复合支柱绝缘子上端的法兰顶部设有XYZ三向加速度计，所述金具上设有XY向加速度计。

在其中一个实施例中，所述应变计包括一组应变片，最下端的所述复合支柱绝缘子下端的法兰与绝缘子芯棒的交接处设有一组应变片，最下端的所述复合支柱绝缘子上端的法兰与绝缘子芯棒的交接处设有一组应变片，从下至上的第二个所述复合支柱绝缘子下端的法兰与绝缘子芯棒的交接处设有一组应变片，最上端的所述复合支柱绝缘子上端的法兰与绝缘子芯棒的交接处设有一组应变片。

在其中一个实施例中，一组应变片包括八个应变片，八个应变片沿绝缘子芯棒的周向等间距设置。

在其中一个实施例中，所述振动台的安装平台上设有X向位移计，所述支架的安装平台上设有X向位移计，第二个所述复合支柱绝缘子下端的法兰上设有X向位移计，第三个所述复合支柱绝缘子下端的法兰上设有X向位移计。

在其中一个实施例中，所述复合支柱绝缘子还包括套设在绝缘子芯棒外侧的硅橡胶护套，所述硅橡胶护套与所述绝缘子芯棒连接，所述硅橡胶护套通过硅橡胶膜缠绕所述绝缘子芯棒形成，所述硅橡胶护套在所述绝缘子芯棒的外壁上均匀分布。

在其中一个实施例中，所述硅橡胶护套包括沿绝缘子芯棒轴向方向设置的第一护套和第二护套，所述第一护套远离第二护套的端部与所述绝缘子芯棒一端的法兰之间、所述第一护套与第二护套之间、所述第二护套远离第一护套的端部与所述绝缘子芯棒另一端的法兰之间均预留有安装间隙，所述第一护套与第二护套之间的安装间隙位于所述绝缘子芯棒的中部。

在其中一个实施例中，所述单柱支柱绝缘子包括五个复合支柱绝缘子。

在其中一个实施例中，所述配重件为铁板。

本实用新型的有益效果在于：

所述特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置，通过在单柱支柱绝缘子上端设置配重件，实际试验时，可将配重件的质量设置地与单柱支柱绝缘子顶部原有的均压环和两侧管母线质量相当，进而配重件能够等效模拟单柱支柱绝缘子顶部原有的均压环和两侧管母线，进行抗震试验时，不会影响整个试验装置的力学性能，对抗震试验没有影响，无需额外设置价格较为昂贵的均压环与管母线，结构简单、可降低试验成本；此外，通过在支架、单柱支柱绝缘子、金具以及振动台上设置相应的加速度计、应变计以及位移计，能够从多个角度有效采集单柱支柱绝缘子在地震作用下的响应，有效评估单柱支柱绝缘子的抗震性能。所述特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置结构简单，试验成本较低，且能够有效评估单柱支柱绝缘子的抗震性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置的加速度计布置结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置的应变计布置结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的一组应变片的布置结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述的特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置的位移计布置结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述的复合支柱绝缘子的结构示意图。

附图标记说明：

10、振动台，110、振动台的安装平台，20、支架，210、支架的安装平台，30、单柱支柱绝缘子，310、复合支柱绝缘子，311、绝缘子芯棒，312、法兰，313、硅橡胶护套，3131、第一护套，3132、第二护套，314、安装间隙，315、固定钢丝，316、固定垫块，40、配重件，50、金具。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例进行详细说明：

如图1、图2、图3、图5所示，一种特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置，包括振动台10、安装在所述振动台10的安装平台110上的支架20以及下端安装在所述支架20的安装平台210上的单柱支柱绝缘子30，所述单柱支柱绝缘子30的上端设有配重件40，所述配重件40的上端设有金具50，所述支架20的安装平台210上设有至少一个加速度计以及至少一个位移计，所述单柱支柱绝缘子30上设有至少一个加速度计、至少一个应变计以及至少一个位移计，所述金具50上设有至少一个加速度计，所述振动台10的安装平台110上设有至少一个位移计。其中，定义所述单柱支柱绝缘子30与支架20连接的一端为下端，所述单柱支柱绝缘子30远离支架20的一端为上端。本实施例中，所述配重件40为铁板，制造方便、成本较低。所述支架20可以采用实际工况中应用的支架，支架20的刚度及其与单柱支柱绝缘子30的连接方式均与实际工况相同，模型效果与实际工况接近，模拟效果好。所述加速度计可以为加速度传感器，或可测量加速度的其他元件、装置或设备；所述应变计可以为应变传感器，或可测量应变的其他元件、装置或设备；所述位移计可以为位于传感器，或可测量位移的其他元件、装置或设备。

在地震中，单柱支柱绝缘子30顶部的管母线与均压环并非受力结构，它们对单柱支柱绝缘子30的力学性能的影响可简化为集中质量。所述特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置，通过在单柱支柱绝缘子30上端设置配重件40，实际试验时，可将配重件40的质量设置地与单柱支柱绝缘子30顶部原有的均压环和两侧管母线质量相当，进而配重件40能够等效模拟单柱支柱绝缘子30顶部原有的均压环和两侧管母线，进行抗震试验时，不会影响整个试验装置的力学性能，对抗震试验没有影响，无需额外设置价格较为昂贵的均压环与管母线，结构简单、可降低试验成本；此外，通过在支架20、单柱支柱绝缘子30、金具50以及振动台10上设置相应的加速度计、应变计以及位移计，能够从多个角度有效采集单柱支柱绝缘子30在地震作用下的响应，有效评估单柱支柱绝缘子30的抗震性能。其中，相当是指质量相同或大致相同。所述特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置结构简单，试验成本较低，且能够有效评估单柱支柱绝缘子30的抗震性能。

具体的，所述单柱支柱绝缘子30包括多个依次连接的复合支柱绝缘子310，所述复合支柱绝缘子310包括绝缘子芯棒311以及设置在所述绝缘子芯棒311两端的法兰312。本实施例中，所述复合支柱绝缘子310为五个，该特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置可作为±800KV特高压直流输变电工程背景下的抗震试验装置。本实施例中，设定沿金具50的轴线方向为X向，水平面内垂直X向的方向为Y向，竖向为Z向。

如图2所示，所述支架20的安装平台210上设有XYZ三向加速度计(测点AX-1、AY-1、AZ-1)，最下端的所述复合支柱绝缘子310下端的法兰312与绝缘子芯棒311的交接部位设有XY向加速度计(测点AX-2、AY-2)，所述单柱支柱绝缘子30的重心处设有XY向加速度计(测点AX-3、AY-3)，最上端的所述复合支柱绝缘子310的中部设有XY向加速度计(测点AX-4、AY-4)，最上端的所述复合支柱绝缘子310上端的法兰312顶部设有XYZ三向加速度计(测点AX-5、AY-5、AZ-5)，所述金具50上设有XY向加速度计(测点AX-6、AY-6)。

在地震中，支架20的安装平台210、最上端的复合支柱绝缘子310上端的法兰312受地震三向振动的影响较大，最下端的复合支柱绝缘子310下端的法兰312与绝缘子芯棒311的交接部位、单柱支柱绝缘子30的重心处、最上端的复合支柱绝缘子310的中部以及金具50受地震XY向振动的影响较大，为地震时易发生毁损的薄弱部位，通过在上述部位对应设置XYZ三向加速度计和XY向加速度计，可有效评估单柱支柱绝缘子30在地震作用下的加速度响应，评估其抗震性能，且能较大程度的简化加速度测点的布置，采用较少的加速度计便能有效评估单柱支柱绝缘子30的抗震性能。

如图3、图4所示，所述应变计包括一组应变片，最下端的所述复合支柱绝缘子310下端的法兰312与绝缘子芯棒311的交接处设有一组应变片(测点S1-S8)，最下端的所述复合支柱绝缘子310上端的法兰312与绝缘子芯棒311的交接处设有一组应变片(测点S9-S16)，从下至上的第二个所述复合支柱绝缘子310下端的法兰312与绝缘子芯棒311的交接处设有一组应变片(测点S17-S24)，最上端的所述复合支柱绝缘子310上端的法兰312与绝缘子芯棒311的交接处设有一组应变片(测点S25-S32)。采用上述布置方式，可检测地震时易发生毁损的薄弱部位，在较大程度的简化应变测点的布置，采用较少应变计的基础上，便能有效评估单柱支柱绝缘子30在地震作用下的应变响应，评估其抗震性能。本实施例中，一组应变片包括八个应变片，八个应变片沿绝缘子芯棒311的周向等间距设置。进而，能够在复合支柱绝缘子310的各个方位采集应变数据，试验全面、准确。

如图5所示，所述振动台10的安装平台110上设有X向位移计(测点T-D1)，所述支架20的安装平台210上设有X向位移计(测点D1)，第二个所述复合支柱绝缘子310下端的法兰312上设有X向位移计(测点D2)，第三个所述复合支柱绝缘子310下端的法兰312上设有X向位移计(测点D3)。在地震中，单柱支柱绝缘子30受X向振动的影响较大，通过采用上述布置方式，可检测地震时易发生毁损的薄弱部位，在较大程度的简化位移测点的布置，采用较少位移计的基础上，便能有效评估单柱支柱绝缘子30在地震作用下的位移响应，评估其抗震性能。

本实施例中，如图6所示，所述复合支柱绝缘子310还包括套设在绝缘子芯棒311外侧的硅橡胶护套313，所述硅橡胶护套313与所述绝缘子芯棒311连接。所述硅橡胶护套313通过硅橡胶膜缠绕所述绝缘子芯棒311形成，为多层膜状结构，所述硅橡胶护套313在所述绝缘子芯棒311的外壁上均匀分布。一般的，复合支柱绝缘子310的绝缘子芯棒311与硅橡胶伞裙是分离模式，绝缘子芯棒311为主要受力构件，硅橡胶伞裙为附属结构，硅橡胶伞裙在地震中不起力学作用，其对力学性能的影响可简化为分布质量。实际需要对某一型号的复合支柱绝缘子310进行抗震试验时，可将与该型号复合支柱绝缘子310的硅橡胶伞裙质量相当的硅橡胶膜均匀缠绕在绝缘子芯棒311的外壁上，使硅橡胶护套313的质量与该型号复合支柱绝缘子310原有的硅橡胶伞裙质量相当，硅橡胶护套313即能够等效模拟复合支柱绝缘子310原有的硅橡胶伞裙，该复合支柱绝缘子310即可等效模拟现有的复合支柱绝缘子以进行抗震试验。所述复合支柱绝缘子310采用硅橡胶护套313来等效模拟原有的硅橡胶伞裙，硅橡胶护套313与硅橡胶伞裙材料相同、质量相当，其在力学上可视为等效代替，对抗震试验没有影响，无需另行制造适于试验的硅橡胶伞裙，所述复合支柱绝缘子310结构简单，可进一步降低试验成本。

所述硅橡胶护套313包括沿绝缘子芯棒311轴向方向设置的第一护套3131和第二护套3132，所述第一护套3131远离第二护套3132的端部与所述绝缘子芯棒311一端的法兰312之间、所述第一护套3131与第二护套3132之间、所述第二护套3132远离第一护套3131的端部与所述绝缘子芯棒311另一端的法兰312之间均预留有安装间隙314，所述第一护套3131与第二护套3132之间的安装间隙314位于所述绝缘子芯棒311的中部。通过预留安装间隙314，可便于上述加速度计、应变计以及位移计的布置。与原有的复合支柱绝缘子310相比，原有结构由于采用硅橡胶伞裙，使得绝缘子芯棒311没有暴露在外，而为满足试验精度的要求，试验中的测点需要直接与绝缘子芯棒311接触，这使得试验时需要对硅橡胶伞裙重新加工，制造难度大、测点布置难度大，且价格昂贵，本实施例所述的复合支柱绝缘子310采用上述结构后，结构简单、便于制造、制造成本较低，可根据确定好的测定位置，预先留出安装间隙314便于测点布置，极大地方便了抗震试验的测点布置，有利于提高抗震试验的测量准确性。

本实施例中，所述第一护套3131的外侧设有用于环向固定其自身的固定钢丝315，所述第二护套3132的外侧设有用于环向固定其自身的固定钢丝315，所述安装间隙314处均设有纵向固定组件，所述纵向固定组件用于纵向固定所述第一护套3131和第二护套3132。所述硅橡胶护套313通过固定钢丝315以及纵向固定组件固定在绝缘子芯棒311的外壁上。固定钢丝315用于在环向方向上固定第一护套3131、第二护套3132，纵向固定组件用于在纵向方向固定第一护套3131、第二护套3132，防止第一护套3131与第二护套3132滑落。在进行抗震试验中，所述硅橡胶护套313能够被可靠地固定在绝缘子芯棒311上，不易滑落，不会影响试验结果。具体的，所述纵向固定组件包括沿绝缘子芯棒311的周向均匀布置的四块固定垫块316以及用于环向固定所述固定垫块316的固定钢丝315，固定垫块316能够在纵向方向顶住第一护套3131与第二护套3132，进而有效防止第一护套3131和第二护套3132滑落，纵向固定效果好。

本实施例所述的特高压直流单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置，通过对加速度计、应变计以及位移计的布置位置及方向布置进行设计，可较大程度的简化各测点的布置，在采用较少的加速度计、应变计以及位移计的基础上，检测地震时易发生毁损的薄弱部位，有效评估单柱支柱绝缘子30在地震作用下的位移响应，评估其抗震性能。通过对单柱支柱绝缘子30结构上的设计，结构简单、制造成本低，便于测点布置，可降低试验成本。

具体的，采用上述单柱复合支柱绝缘子抗震装置进行抗震试验时，试验工况可以设计为：

采用上述试验工况进行抗震试验，依次检测加速度峰值由小变大的过程、改变地震波的输入方向，并配合不同类型的地震波，得到的试验数据充分全面准确。本实施例所述的单柱复合支柱绝缘子抗震试验装置，不仅能够得到单柱支柱绝缘子30的抗震性能，还可用于对复合支柱绝缘子310的抗震性能的科研研究、招标采购等项目中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。