北方工业大学曹枚根, 上海大学张若愚等:大直径复合绝缘子法兰节点抗震性能及设计参数影响研究

发布于 2022-05-18 13:40

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专家意见

文章建立大直径复合绝缘子法兰节点精细化有限元模型，通过控制位移的手段施加低周期往复荷载开展抗震性能模拟计算，分别得到套管整体结构和法兰胶装节点的滞回曲线，通过内聚力材料模型模拟法兰节点粘结剂在静力荷载作用下脱粘破坏过程；随后改变法兰壁高度、套管壁厚及粘结剂强度等3个法兰关键设计参数，通过比较不同参数下的滞回曲线、骨架曲线及等效粘滞阻尼比，分析3个设计参数对复合绝缘子抗震性能的影响。

文章发表在《广东电力》2022年3期。欢迎广大读者。

文章精选

大直径复合绝缘子法兰节点抗震性能及设计参数影响研究

曹枚根1, 张若愚2, 黄清3, 邸悦伦4

1. 北方工业大学土木工程学院，北京 100144;

2. 上海大学力学与工程科学学院，上海 200444;

3. 江苏神马电力股份有限公司，江苏南通 226599;

4. 电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室(国网湖南省电力公司防灾减灾中心)，湖南长沙 410129

摘要：针对超、特高压大直径复合绝缘子法兰节点抗震性能及其设计参数影响的问题，建立基于内聚力材料的复合绝缘子法兰节点有限元模型，开展水平低周往复加载下的绝缘子抗弯性能和绝缘子管壁厚度、法兰高度及粘接强度等参数的抗震性能影响分析。分析结果表明：①增大复合绝缘子管壁厚度虽可以提升绝缘子结构的抗弯能力，但对绝缘子的滞回耗能特性影响不大；②增大法兰高度对绝缘子结构的抗弯能力提升不明显，但可以显著提升法兰节点的耗能能力，且过高的法兰高度会使法兰节点提前出现粘结裂缝；③提高法兰与绝缘子之间胶装材料的粘结强度可提升绝缘子线性抗弯刚度和非线性耗能能力，在相同加载控制位移下，粘结强度越大，复合绝缘子法兰节点的滞回耗能特性和抗震延性都得到了显著改善。

基金项目：电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室2020年开放基金项目

作者简介：

张若愚(1995)，男，山东诸城人，在读博士研究生，从事输变电工程防灾减灾及无损检测技术研究，E-mail：21820359@shu.edu.cn;

黄清(1989)，男，江苏如皋人，工程师，硕士，从事输电主网横担、输电线路绝缘子技术研究;

邸悦伦(1990)，男，陕西宝鸡人，工程师，硕士，主要从事输变电设备工程防灾减灾技术研究工作，E-mail：diyuelun@163.com

引文信息

★ 曹枚根, 张若愚, 黄清, 等. 大直径复合绝缘子法兰节点抗震性能及设计参数影响研究[J]. 广东电力, 2022, 35(3): 99-107.

CAO Meigen, ZHANG Ruoyu, HUANG Qing, et al. Study on Anti-seismic Performance and Influence of Design Parameters of Flange Joint of Large Diameter Composite Insulator[J]. Guangdong Electric Power, 2022, 35(3): 99-107.

主要内容

研究背景

特高压电网迅速发展，对于变电站及输电线路的绝缘子机械性能有了更高的要求。大多数设备都由支柱绝缘子支撑，随着电压等级的提升，设备高度不断升高，在地震作用下会由于结构承载能力不足导致电气设备的损伤，严重时可能导致大面积输变电工程停电。玻璃纤维增强树脂复合材料绝缘子(以下简称复合绝缘子)具有质量轻、力学性能优异及抗震能力好等特点，逐渐取代传统陶瓷绝缘子成为超、特高压电气设备外绝缘的主流选择。

存在问题

目前关于复合绝缘子法兰节点非线性力学性能的研究较少，大部分研究还是以瓷绝缘子为主，导致复合绝缘子的动力时程分析计算结果误差较大。为此，在进行复合绝缘子在地震作用下的动力时程分析前，应先得到在低周期往复荷载作用下法兰胶装节点的受力性能，用来反映抗震性能的同时，也能体现节点的非线性力学行为。

本文研究内容

本文建立大直径复合绝缘子法兰节点精细化有限元模型，通过控制位移的手段施加低周期往复荷载开展抗震性能模拟计算，分别得到套管整体结构和法兰胶装节点的滞回曲线，通过内聚力材料模型模拟法兰节点粘结剂在静力荷载作用下脱粘破坏过程；随后改变法兰壁高度、套管壁厚及粘结剂强度等3个法兰关键设计参数，通过比较不同参数下的滞回曲线、骨架曲线及等效粘滞阻尼比，分析3个设计参数对复合绝缘子抗震性能的影响。研究分析典型复合绝缘子法兰胶装节点抗震性能及其主要影响参数，可为复合绝缘子非线性本构及非线性抗震计算提供理论支撑。