一种复合绝缘子界面老化性能评估装置及方法

本发明涉及高压电线外绝缘，特别是涉及一种复合绝缘子界面老化性能评估装置及方法。

背景技术：

1、复合绝缘子因其质量轻、机械强度高、耐污闪性能优异以及维护简单等优点而广泛应用于35kv及以上架空输电线路中。目前，复合绝缘子在国网系统的用量超过在运绝缘子总量的45.5%，且其中62%已运行5年以上。复合绝缘子的广泛应用虽从侧面进一步说明了其相较于瓷或玻璃绝缘子所具有更高的性价比，但复合绝缘子由复合材料伞裙、护套和环氧玻璃纤维芯棒所构成这一特点，注定了老化问题始终是影响复合绝缘子长期运行可靠性的关键因素之一。复合绝缘子的界面主要包括护套-芯棒界面，护套与空气界面，金具-芯棒-护套界面，环氧树脂-玻璃纤维界面。其中对复合绝缘子正常运行影响最大的就是护套-芯棒界面，芯棒-护套界面，即玻璃钢芯棒与硅橡胶护套的交界面，是复合绝缘子的高危界面之一。芯棒与护套共同组成了复合绝缘子的内绝缘，一旦两者交界面存在异常，大概率会引发护套或芯棒故障。芯棒-护套界面性能是复合绝缘子整体性能的重要表征之一，正确、有效评估芯棒-护套界面性能并采取相应措施是实现复合绝缘子质量管控的重要手段。

2、cn115266427a公开了一种湿-电-交变荷载多因素复合绝缘子老化试验平台，通过温湿度控制模块调节试验箱内的温湿度环境，电压加载模块开始提供高电压环境，交变荷载施加模块带动复合绝缘子做往复运动，模拟复合绝缘子在高电压以及各种温湿度等多因素环境条件下实际的受力过程，通过记录复合绝缘子的瞬间断裂值以及屈曲次数测试复合绝缘子的各项性能。

3、cn117110104a公开了一种复合绝缘子界面疲劳老化试验装置及方法，该装置包括复合绝缘子固定装置、驱动模块、连接装置、界面老化装置以及控制模块，所述复合绝缘子固定装置用于固定待测复合绝缘子，所述驱动模块通过所述连接装置连接所述界面老化装置，所述界面老化装置固定在待测复合绝缘子的护套上，所述控制模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块由所述控制模块控制，通过所述连接装置驱动所述界面老化装置对待测复合绝缘子的护套施加沿复合绝缘子轴向的作用力，对复合绝缘子的芯棒-护套界面区域进行疲劳老化试验，在进行老化试验的不同时间后，将待测复合绝缘子取下，测试其界面性能与机械性能的变化。

4、cn117368620a公开了一种复合绝缘子老化实验装置，包括箱体、安装于所述箱体中的高压电极、接地电极、复合绝缘子固定装置以及应力加载模块，所述箱体用于提供实验所需的温度和湿度，所述高压电极与试验绝缘子的高压端金具连接，所述接地电极与试验绝缘子的低压端金具连接，试样绝缘子由所述复合绝缘子固定装置固定，所述应力加载模块经设置以向试样绝缘子施加横向应力。该复合绝缘子老化实验装置在存在电场、温度、湿度作用的情况下对复合绝缘子施加横向应力，达到试验时长后，取下绝缘子，再针对其老化情况进行后续分析测试。

5、现有技术均未能利用试验装置的测试结果直接、准确、高效率地评估复合绝缘子界面的老化性能。如cn115266427a通过记录复合绝缘子整体断裂的断裂值以及屈曲次数来测试及评估老化性能，虽然能够反映绝缘子的某些性能变化，但未能够直接针对绝缘子界面的老化情况进行准确评估。又如cn117110104a、cn117368620a对复合绝缘子进行某些方式的疲劳试验后，需要再取下复合绝缘子进行界面性能测试。现有技术无法高效、直接且准确提供的界面老化性能信息。这些方案或是试验结果与绝缘子界面老化评价缺乏直接关联性，或是在试验之后还需要进行后续的额外分析测试，此外，这些试验装置每次试验时间均较长，在评估复合绝缘子界面老化性能时存在局限性和不足。

6、如何从力学角度直接、高效、准确地评估护套-芯棒界面老化性能，是现有技术所面临的挑战。

7、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于针对现有方法的不足，提供一种复合绝缘子界面老化性能评估装置及方法，以从力学角度直接、高效、准确地评估其界面老化性能。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种复合绝缘子界面老化性能评估装置，包括样品固定夹具模块、拉力驱动模块以及力学控制模块，所述样品固定夹具模块包括固定夹具和可移动夹具，所述固定夹具用于固定待测复合绝缘子样品，所述可移动夹具用于夹住待测复合绝缘子样品的伞裙，所述拉力驱动模块连接并驱动所述可移动夹具对待测复合绝缘子样品的伞裙施加拉力，以将样品的护套-芯棒界面剥离开，所述力学控制模块与所述拉力驱动模块相连，所述拉力驱动模块由所述力学控制模块控制拉力的输出，所述力学控制模块设置有力学传感器，通过所述力学传感器实时监测拉力值并记录样品的护套-芯棒界面剥离开时的拉力值为剥离力值。

4、进一步地，所述固定夹具和可移动夹具为沿竖直方向设置的下夹具和上夹具，所述下夹具固定不动，待测复合绝缘子样品以轴向垂直于所述上夹具移动方向的方式固定在所述下夹具上，所述拉力驱动模块驱动所述上夹具上下移动，所述上夹具移动到待测复合绝缘子样品上方处时对样品的伞裙进行夹持，随后在所述拉力驱动模块的驱动下以对样品的伞裙施加向上的拉力。

5、进一步地，所述下夹具包括截面呈u形的底座和带有尖端的两个螺钉，所述两个螺钉以间距可调的方式相对设置在所述底座的两侧，待测复合绝缘子样品的两端由所述两个螺钉的尖端固定。

6、进一步地，所述上夹具的夹持端部为平行的两个矩形块，待测复合绝缘子样品的伞裙由所述两个矩形块的相对面夹紧。

7、一种复合绝缘子界面老化性能评估方法，使用所述的复合绝缘子界面老化性能评估装置进行复合绝缘子界面老化性能评估，所述方法包括如下步骤：

8、s1、从整支复合绝缘子样品上截取短样，并通过样品固定夹具模块的固定夹具将短样固定；

9、s2、使用所述样品固定夹具模块的可移动夹具夹住短样的伞裙，在力学控制模块的控制下，由拉力驱动模块驱动所述可移动夹具对短样的伞裙施加拉力，以将短样的护套-芯棒界面剥离开，并通过力学传感器实时监测拉力值并记录短样的护套-芯棒界面剥离开时的拉力值为剥离力值；

10、s3、测量短样的剥离面的面积；

11、s4、根据所述剥离力值和所述剥离面的面积，计算界面老化性能评估参数。

12、进一步地，所述上夹具的夹持端部为平行的两个矩形块，待测复合绝缘子样品的伞裙步骤s1中，将同一个短样的伞裙加工成多个扇叶，每个扇叶的叶边切口一直延伸到护套-芯棒界面处，针对每个扇叶分别经过步骤s2至s4的处理过程，再计算从各扇叶得到的界面老化性能评估参数的平均值，作为最终的界面老化评估参数。

13、所述多个扇叶沿短样的周向均匀间隔分布，所述扇叶的根部处的厚度为0.4-0.6cm。

14、所述扇叶的根部处的厚度为0.5cm。

15、所述多个扇叶为沿短样的周向均匀间隔分布的三个扇叶。

16、步骤s4中，计算界面老化性能评估参数如下：

17、

18、其中， m为界面老化性能评估参数， f为剥离力值， s为剥离面的面积。

19、本发明具有如下有益效果：

20、本发明提供一种复合绝缘子界面老化性能评估装置及方法，与现有的方法相比，本发明能够从力学角度对不同运行年限的绝缘子直接、准确、高效地评估其界面老化性能，并大大缩短测试时间，装置简单，操作简便。

21、具体来说，利用本发明的复合绝缘子界面老化性能评估装置和方法，能够测试当护套和芯棒界面发生剥离时的力学值，并可通过测量剥离面的面积，以剥离力和剥离面积的参数组合作为界面老化性能评估参数，其具有以下优点：通过获得剥离力和剥离面积两个参数并结合起来评估，本发明能够直接、准确地评估绝缘子界面的老化性能。剥离力反映了界面黏附强度受老化的影响程度，而剥离面积则体现了界面老化范围。本发明的评估方法将两者相结合，可以提供综合、全面、准确的界面老化性能信息，从力学角度实现了对界面老化性能的量化评估，实现了准确定量地反映界面老化的实际情况。相比于以往的间接评估方法，本发明的测试结果更加直接、可靠和准确。另外，相比现有技术试验装置每次试验时间较长，在疲劳试验后需要取下复合绝缘子进行后续的界面性能测试和额外分析，本发明的复合绝缘子界面老化性能评估装置在测试过程中的使用简单而高效，测试过程短，显著提高测试评估效率，大大缩短了试验时间。

22、本发明优选的方案中，当护套和芯棒界面发生剥离后记录此时的剥离力，同时测量剥离面的面积，以剥离力除以剥离面积作为界面老化性能评估参数，能够准确评估老化性能。综合考虑了力学性能和剥离面积两个关键因素，得到的评估参数能够准确评估老化性能。剥离力直接反映了护套和芯棒界面之间的粘结强度，当界面老化时，粘结强度通常会下降，因此剥离力会相应减小，通过记录剥离时的剥离力，可以直观地了解界面的粘结状态，从而评估老化程度。而剥离面积反映了界面老化的范围，通过测量剥离面积，能够得到老化界面的扩展情况。本发明将剥离力除以剥离面积得到的评估参数，得到单位面积上的力学性能值，该参数值综合考虑了力学性能和剥离面积两个关键因素，能够更全面地反映界面的老化性能，从而可用于准确评估复合绝缘子界面的老化性能。

23、本发明的方法中，优选将单个样品加工至具有多个扇形伞裙的样品，每个扇叶的叶边切口一直延伸到护套-芯棒界面处，单个样品进行多次实验，综合多次实验结果进行评估，避免了因偶然情况出现的误差，使评估更加准确。加工周向均匀间隔分布的多个扇叶，扇叶的根部处的厚度为0.4-0.6cm，能够减少因非界面因素导致的测试误差，提高测试的可靠性，并且能够提高测试效率，降低评估成本。

24、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。