應變電測技術在高壓電器產(chǎn)品中的應用

許多高壓電器產(chǎn)品結(jié)構在設計時，經(jīng)常會用到有限元分析技術。但由于結(jié)構形狀和實際載荷條件的復雜性，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)構進行應力應變測試，以便了解產(chǎn)品結(jié)構件中的應力變化情況。同時，也可用應力應變測試所得的數(shù)據(jù)，檢驗按模型進行理論分析所得結(jié)果的準確程度。應變電測技術是實驗應力分析中一種方法，廣泛應用于國民經(jīng)濟各個領域。

應變電測技術在高壓電器中的應用

高壓斷路器是高壓電器的主要設備，而操動機構和傳動結(jié)構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、工程設計的關鍵問題。因此，使用應變電測技術對上述問題進行測量分析，對高壓電器的研發(fā)設計都有重要的意義。近年來，高壓電器領域的強度問題都采用應變電測法進行測量，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鍵因素，都會影響著高壓斷路器功能特性，也關系著電網(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)場安裝設計具有重要的指導意義。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)應變儀完成15次分合閘動態(tài)應變測量記錄，通過下列公式計算得到地腳的動態(tài)過程的最大沖擊力。

應力：σ=ε*Ε

作用力：F=σ*S

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

分析斷路器某些構件斷裂的原因

應用應變電測技術測量高壓斷路器操動機構的動態(tài)力矩特性，也可以測量分析某些結(jié)構件斷裂面的應力分布。

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作用力；在連桿上測量1個點的應力，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)測得應力時間分布圖：斷裂構件在時間行程曲線對應的起始和緩沖兩個時間段受到的應力最大，采用有限元分析軟件計算斷裂面的應力分布情況。

利用有限元分析軟件建立靜載模型的計算結(jié)果為：起始階段拐臂盒最大應力49.2MPa，緩沖階段拐臂盒最大應力54.6MPa，基本反映應力的分布情況，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力測試，根據(jù)結(jié)構件斷裂部位及有限元分析計算結(jié)果，在應力分布集中的8個點布置了應變片進行測量，測量結(jié)果表明：構件斷裂面?zhèn)€別應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。設計人員根據(jù)測試數(shù)據(jù)重新設計，修改了部分結(jié)構，加大了相關部位的尺寸厚度和圓弧過渡處半徑，以避免應力集中。經(jīng)過重新設計后，重新測量結(jié)果表明，改進結(jié)構后的拐臂盒應力值減小30%，安全系數(shù)由1.26提高到1.76，增大了安全裕度。特別是開裂位置應力明顯減小，應力分布均勻，與有限元分析計算結(jié)果相近，為科學決策提供了技術依據(jù)。

結(jié)束語

應變電測技術具有測量精度高、測量靈敏度高，傳感元件安裝不影響被測元件的應力狀態(tài)，頻率響應快，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)、工程設計方面具有很大優(yōu)勢。采用應變電測技術，對產(chǎn)品設計情況進行實驗驗證，可以確保高壓電器產(chǎn)品設計更加合理科學，并避免生產(chǎn)后造成的質(zhì)量隱患。目前，應變電測技術在高壓電器領域的應用主要是將應變電測技術同有限元理論計算分析技術相結(jié)合，相互驗證，對工程結(jié)構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)進度和工程設計效率。