特殊条件下高压验电器强度不够的解决方案

武文吉 吕泽鹏

摘 要：高压验电器是一种电力系统通用的验明高压设备（一般指35kV及以上设备）是否有电的安全工器具。实践中，在一些大风天气下使用验电器时，在验电器绝接口处容易开裂。电压等级不同，绝缘杆有1.8、6、8米等多种，为携带储存方便绝缘杆均制作成伸缩型。本文结合实际工作经验，对现有的验电器在其接口处加装特殊套口达到加固验电器的目的，从而很好的提高了验电器的强度。

关键词：高压验电器，验电器，绝缘杆

中图分类号：TM835 文献标识码：A

一、高压验电器简介

现场普遍采用的是电容型验电器，是通过检测流过验电器对地杂散电容中的电流，校验高压电气设备、线路是否带有运行电压的装置。主要由接触电极、验电指示器、连接件、绝缘杆和护手环组成。本文主要是探讨提高绝缘杆强度的方案。

二、问题再现

对某500kV变电站2011和2012年验电器使用、维修更换情况进行记录统计，两年内的停电工作中，60次验电操作，有16次损坏现象，比例高达26.7%，绝缘杆接口开裂故障占到87.5%。

三、原因分析

下面是验电器绝缘杆使用个过程中受力情况分析（8米长的为例）：

使用验电器时，验电器绝缘杆在自身重力、风力等诸多力的作用下会弯曲，其弯曲程度超过材料本身最大弯曲强度就会损坏验电器。我们计算验电器绝缘杆材料的弯曲强度，来验证其是否符合现场使用要求。验电器绝缘杆的弯曲强度与弯矩基本成正比，为了简化计算就通过弯矩大小来反映验电器的弯曲强度。弯矩=力×力臂=q×a

我们建立绝缘杆受力模型图（如图1所示）， q为绝缘杆所受的力， a为力臂。实际使用中弯曲较大的地方在较细的上半部分，为了使模型曲线与实际弯曲曲线较吻合，设q作用于验电器上半部分，如图所示： A点固定，B点不固定，C点为AB中点，即a为验电器长度的一半。绝缘杆长为8米，力臂a为验电器长度一半，即a=4米。

人作用力等效为支座反力RA+RB，根据弯矩平衡特性，分段分析

（1）根据力矩平衡求支座反力

A点平衡：∑MA=0，2a×RB-（3/2）a×aq=0，得RB=3a/4

B点平衡：∑MB=0，aq×a/2-2aRA= 0，得RA=qa/4

（2）建立弯矩方程

AC段：∑M0=0，M-RAx=0，故M= RAx=qax/4 （0﹤x≦a）

CB段：∑MC=0，M-RAx+q（x-a）2/2=0，故M=qax/4-q（x-a）2/2 （a≦x≦2a）

根据方程绘制弯矩图（见图1），CB段的方程为一元二次方程，弧线顶端为弯矩最大处：计算化简后Mmax = 9qa2/32

验电器受力q=重力G+风力F等效于人的作用力，

a）重力G：质量为2.5kg，取g=10N/kg，重力G=25N，q最小值为无风情况下的验电器重力G，

代入弯矩方程得：Mmin=112.5Nm；

b）风力F：绝缘杆风力计算模型图如图2所示，

风力计算公式为：F=wp×S其中wp为风压，S 为迎风面积。

wp=v?/1600kN/m2 其中 v为风速

绝缘杆共6节长为：8m，直径为0.05m，管壁厚度0.002m， 受力面积为：

﹙0.05+0.044+0.038+0.032+0.026+0.020）×8/6=0.28m?

因为该变电站4级风较多，取4级风进行计算，4级风速上限为7.9米/秒

绝缘杆的所受风力为：

F=wp×S=（7.9×7.9/1600） ×0.28=11N

q的最大值为重力G与风力F的和，则q最大值为q=G+F=36N，

代入弯矩方程得：Mmax=162Nm

验电器直径为28mm以上，查阅绝缘杆机械性能表：允许荷载值弯曲力矩为不小于110Nm，现场使用的验电器允许荷载值是：130Nm，最小破坏荷载值330Nm。可以看出：绝缘杆实际承受的弯矩经常接近于允许荷载值。虽然承受弯矩小于最小破坏荷载值，但是这个最小破坏荷载值是指绝缘杆被折断的限值，这也是实际使用中为什么绝缘杆没有折断现象的原因。而在薄弱的节与节连接处的绝缘杆接口，经常在大于或接近于临界值的环境中使用，长期处于疲劳状态，有风情况下实际荷载值大于允许荷载值，导致验电器损坏。因此我们只要在验电器绝缘杆节与节的连接处做加固增加强度，那么其损坏问题就会得以解决。

四、制定解决方案

通过市场调查，伸缩杆的固定接口有多种，其中有一种螺旋式伸缩接口最为常见，且使用方便，不易损坏，用外固定螺旋式伸缩接口固定绝缘杆。材质方面考虑到绝缘性能，有PC和PBT两种供选择。PBT材质虽强度较PC大，但是其制造工艺要求苛刻，造价较高，因此选择绝缘性能同样良好、制造工艺要求低、价格较便宜的PC材质。改造前后的对照图如图3，带黑色接口的为改造后的验电器。

五、改造后的效益

1 改造后的验电器至今未出现绝缘杆损坏现象。

2 减少更换、试验验电器的次数，为公司节省了人力，节约了成。

3 方便了变电运行人员验电操作，提高了安全性。

4 为以后的采购提供了技术支持。

参考文献

[1]刘俊刚.基于紫外检测法的非接触式特高压验电器的研究[D].重庆大学，2007.