在役棒形悬式瓷绝缘子强度分析及爬波无损评价

摘要

电的发明与使用，是人类历史上一场伟大的革命，不但大大方便了人民的日常生活，而且促进了其他领域连锁式的飞跃发展，推动着人类向更深领域探索与进军。电力绝缘子是变电站和传输线路的重要组成部分，主要作用是将导线连接在支架上，起绝缘、机械连接和支撑作用。 输电线路可靠性运行的关键是悬式绝缘子的质量。我国70年代初大量投入使用的绝缘子，距今已有30多年的历史，由于近年来频繁发生的断裂事故，给国民经济生产带来无法估量的损失，成为电力部门最大的隐患。电力瓷绝缘子一般由铸铁法兰、胶装水泥和瓷体胶装而成，水泥夹在法兰和瓷体之间，膨胀受到约束，在瓷绝缘子中产生应力。统计表明，法兰口附近是瓷绝缘子引发裂纹并最终导致断裂的多发部位。为了降低水泥膨胀所引起的膨胀应力，延长瓷绝缘子的使用寿命，在胶装时一般在瓷体和水泥之间涂一层沥青缓冲层。 电瓷材料属于典型的脆性材料，裂纹扩展的速度相当快，因此需定期对其进行无损检测，防止破坏。无损检测的目的是及时将内部的微观缺陷检测出来，特别是微观裂纹，以便预测其使用寿命或及时更换不良绝缘子，消除事故隐患。但由于胶装部位结构的复杂性，采用常规检测方法很难达到满意的检测效果。 本文首先从陶瓷材料的性能特点和对绝缘子的性能要求入手，对电力瓷绝缘子的劣化原因进行了深入的分析：瓷绝缘子的断裂是多种因素相互作用的综合结果，除了制造加工过程中引入的缺陷以及运行过程中承受的自身重力和机械载荷外，环境因素也是不可忽略的一个因素。而胶装时缓冲层的厚度不够或者在以后的运行过程中缓冲层的弹性失效老化，使胶装剂产生的膨胀应力无处释放是导致瓷绝缘子断裂的主要原因。 采用有限元法ANSYS分析软件对该部位的温度结构应力进行了分析，分析结果表明沥青缓冲层显著降低了胶装部位的应力大小，改变了该部位的应力分布。然后通过分析找出承受最大应力的部位，采用断裂力学计算出了该应力下的最小临界裂纹尺寸，为瓷绝缘子无损检测提供了一定的理论指导。 对超声爬波检测绝缘子进行了理论分析与试验研究，分析了爬波探头检测瓷绝缘子的可行性，加工制作了爬波检测专用试块，通过试验对比了单晶爬波探头与双晶爬波探头检测瓷绝缘子的优缺点，为棒形瓷绝缘子胶装部位的无损检测提供了一种新的方法。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2棒形瓷绝缘子的发展历史及应用前景

1.2.1棒形瓷绝缘子发展史

1.2.2棒形瓷绝缘子在我国的应用前景

1.3棒形悬式瓷绝缘子的强度评价方法

1.3.1材料力学方法

1.3.2断裂力学方法

1.4绝缘子检测方法

1.4.1非接触式检测法

1.4.2接触式检测法

1.5主要研究内容及试验分析过程

1.5.1课题主要研究内容

1.5.2试验分析过程

第二章陶瓷材料的性能特点及瓷绝缘子的劣化原因

2.1陶瓷材料的力学性能

2.1.1陶瓷材料的弹性变形及抗力指标

2.1.2陶瓷材料的塑性变形及抗力指标

2.1.3陶瓷材料的断裂韧性

2.1.4陶瓷材料强度的尺寸效应

2.1.5陶瓷的疲劳

2.2陶瓷的物理性能

2.3绝缘子的性能要求

2.3.1瓷绝缘子的制造工艺流程

2.3.2绝缘子的性能要求

2.4瓷绝缘子的劣化原因

2.4.1瓷绝缘子的失效特征

2.4.2瓷绝缘子的劣化原因

第三章棒型悬式瓷绝缘子强度评价

3.1分析前的基本假设条件

3.2 110kV棒型悬式瓷绝缘子受力分析计算

3.2.1瓷绝缘子及连接导线的选取

3.2.2安全系数的选取

3.2.3绝缘子受力计算及强度校核

3.2.4绝缘子强度校核

3.3 棒型悬式瓷绝缘子温度结构应力分析过程

3.3.1材料参数的选取

3.3.2有限元模型的建立

3.3.3胶装部位网格的划分

3.3.4边界条件及温度载荷的施加

3.3.5分析结果讨论

3.4 110kV棒型悬式瓷绝缘子最小临界裂纹的确定

第四章爬波理论及爬波检测在无损评价领域的应用

4.1爬波的产生

4.2爬波的特性

4.2.1声压分布

4.2.2衰减规律

4.2.3爬波声速

4.3爬波探头

4.3.1双晶爬波探头

4.3.2单晶爬波探头

4.4爬波探头参数

4.5爬波检测缺陷的定性、定位

4.5.1爬波检测的缺陷定性

4.5.2爬波检测时缺陷的定位

4.6爬波检测的特点和爬波检测在无损评价领域的应用

4.6.1爬波检测的特点

4.6.2爬波检测的应用

第五章爬波检测棒型悬式瓷绝缘子

5.1爬波检测瓷绝缘子的依据

5.1.1爬波检测电瓷材料依据

5.1.2爬波检测瓷绝缘子的可行性分析

5.2试块的制作

5.3探伤仪的选择与爬波探头的研制

5.4耦合剂的选择

5.5扫描速度和灵敏度的调整

5.6探伤操作步骤

5.6.1双晶爬波探头探伤步骤

5.6.2单晶爬波探头探测步骤

第六章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢