可旋转角度高压套管弯曲试验装置设计浅析

2019-07-10赵博张敏董永星

中国设备工程 2019年11期

赵博，张敏，董永星

（西安高压电器研究院有限责任公司，陕西西安 710077）

随着电力建设的高速发展，各类型的套管被越来越多地制造出来并广泛运行在电网系统中。根据国家标准GB／T26166—2010《±800kV直流系统用穿墙套管》、GB／T22674—2008《直流系统用套管》、GB／T4109—2008《交流电压高于1000V的绝缘套管》型式试验的要求需要对套管进行悬臂负荷试验，且套管与地面的水平夹角在0°～30°可调，从而达到对整体产品的相应机械性能的试验考核。

以往套管采用搭建试验构架见图1所示，来完成悬臂负荷试验，这一方法存在以下几个问题：（1）不能完全模拟特高压套管实际运行的安装角度；（2）特高压套管体积大、重量大，倾斜安装时到位困难，试验周期较长并且试验效率不高；套管与地面的水平夹角为一固定值，无法在0°～30°的任意角度进行试验调节；（3）试验过程中不安全因素较多。

图1 采用搭建试验构架进行套管悬臂负荷试验

为了解决上述问题，本文提出了套管悬臂负荷试验对装置旋转角度的设计要求，并对装置U型旋转架结构在不同的转动角度下进行了计算机仿真。

1 功能要求及仿真

通过对相关国家标准要求的研读，提出试验装置的功能要求：装置的尺寸涵盖各类型套管尺寸；套管可在水平0°～30°的任意角度进行转动。

按照上述要求，利用有限元分析软件soildwork对试验装置的各部位应力进行了设计及仿真计算，关键部位的仿真过程如下所示。

U型旋转架：安装在旋转架上的特高压套管重105N，旋转架垂直夹角（套管与地面的水平夹角）0°和30°时受力状况见图2、3所示。

结论：最大受力点未超过材料屈服极限，加载状态可以满足要求。

图2 旋转架垂直夹角0°受力图

图3 旋转架垂直夹角30°受力图

通过以上有限元分析，确定了本新型装置核心结构U型旋转架的性能参数，长度2.015m，高度1.55m，U型定位槽外侧厚度0.12m见图4所示，旋转速度为3.8°/min，能承受最大载重105N，最大力矩为150kN/m，U型旋转架的主体采用材料型号为Q235A的方形钢材焊接而成。

2 装置结构

下面结合图5，对本装置结构进行简要说明。

图中：1.套管；2.U型旋转架；3.三角形旋转臂；4.丝杠千斤顶。

图4 U型旋转架结构侧视和正视示意图

各种类型的套管经过过度件均可安装在该旋转装置的通用快插法兰上，过度件可在地面安装，这样各类型套管在高空上就可直接快插安装，十分方便；第二部分为三角形旋转臂，臂长1.33m、0.96m，臂厚0.1m，一端与U型旋转架连接，另外一端与丝杠千斤顶连接；第三部分为丝杠千斤顶，2.2kW的电机经过两级减速带动蜗杆，然后蜗杆带动涡轮，涡轮中心的丝杠产生上下移动带动三角形旋转臂到达指定位置后自动锁死，使得套管在水平0°～30°的任意角度进行旋转，丝杠伸缩长度决定套管的水平安装角度，丝杠推力最大为100kN，通过安装在U型旋转架上的角度传感器，角度的变化实时反馈到远程控制台上，从而实现套管水平角度的精准旋转。

图5 装置0°和30°结构正视示意图

3 试验方法

（1）套管水平安装：启动远程控制台上的复位按钮将设备顶部旋转装置调整到初始位置0°，如图6所示，然后使用吊带将套管固定好，使用吊车将套管吊入顶部旋转装置的U型定位槽内，将吊带卸载，并保持一定间隙（起到异常断裂缓冲作用），确保转动时的各个角度不干涉。

（2）套管角度旋转：启动远程控制台上的旋转角度按钮（水平角度0°～30°），并观察屏幕的角度到设定值时按停止按钮，角度调整完毕；当转动过程突然出现异常现象时，可启动急停按钮，同时吊车的缓冲带接住产品，防止直接掉落砸伤设备。

4 试验验证

试验室工作人员使用该装置完成了空载状态下绝缘子安装法兰（U型旋转架）角度的变化试验，试验参数：套管水平角度30°，对应的绝缘子安装法兰（U型旋转架）水平角度60°，试验过程持续60s，该装置从初始位置旋转到试验要求的状态，该试验装置能实现旋转角度的稳定输出，各项试验数据符合可旋转角度高压套管试验装置的功能要求。