專(zhuān)利名稱(chēng)：輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電力器材高溫承載性能測(cè)試領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
為滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電源容量、用電需求的迅速增長(zhǎng)，資源和能源的日益緊張，勢(shì)必需要新建線路或改造已有線路，進(jìn)一步提高電網(wǎng)的輸電能力。隨著輸送容量的不斷增加，導(dǎo)線的運(yùn)行溫度也在不斷地提升，因此耐熱鋁合金導(dǎo)線、超耐熱鋁合金導(dǎo)線(倍容量導(dǎo)線)、復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線等各類(lèi)耐高溫的導(dǎo)線也應(yīng)運(yùn)而生。目前，某些種類(lèi)導(dǎo)線的允許溫度已經(jīng)高達(dá)230°C，因此與此類(lèi)導(dǎo)線配套的電力器材的溫度與過(guò)去相比也有了大幅地提升。要保證電力器材在高溫下也能滿足設(shè)計(jì)時(shí)的安全裕度，保證其在長(zhǎng)期高溫條件下運(yùn)行時(shí)的可靠性和安全性，就必須獲得電力器材在高溫下的機(jī)械性能(強(qiáng)度)變化情況。目前對(duì)電力器材在高溫下的強(qiáng)度測(cè)試一般分為三個(gè)步驟1、將電力器材通過(guò)一定的夾具夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上并保證器材整體都能納入高溫箱；2、啟動(dòng)加熱程序，使箱體內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)定值并將此溫度保持一定的時(shí)間；3、啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，按一定的速率進(jìn)行加載直至試樣破壞，同時(shí)記錄其破壞載荷。通過(guò)對(duì)試樣在常溫下和高溫下的強(qiáng)度測(cè)試，得到各類(lèi)電力器材在高溫下的強(qiáng)度損失。此類(lèi)方法的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，實(shí)施起來(lái)相對(duì)方便，但同時(shí)具有以下缺點(diǎn)1、采用先夾持后加熱的方法，導(dǎo)致器材在被加熱的同時(shí)也受到了一定的壓應(yīng)力。這是因?yàn)樵诔叵聦?duì)試樣進(jìn)行夾持后，在進(jìn)行加熱時(shí)，處于高溫箱內(nèi)的夾具和試樣隨著溫度的升高而不斷膨脹，而試驗(yàn)機(jī)夾頭在未執(zhí)行加載程序時(shí)是固定的，因此試樣和夾具同時(shí)收到壓應(yīng)力的作用，將有可能影響到試樣的原始機(jī)械性能。2、在電力器材的實(shí)際工作狀態(tài)中，其不僅僅是受到高溫的影響，同時(shí)還承受著一定的載荷，采用以上方法只能考核高溫對(duì)電力器材機(jī)械性能的影響，并不能模擬電力器材的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，采用了“機(jī)械負(fù)載+高溫+長(zhǎng)時(shí)間” 的試驗(yàn)方法，對(duì)鋁及鋁合金電力器材的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了模擬，通過(guò)對(duì)其施加與運(yùn)行中一致的機(jī)械載荷，同時(shí)將其升溫到與運(yùn)行中一致的溫度，并保持此條件一定的時(shí)間，然后再對(duì)其進(jìn)行破壞載荷的測(cè)試，以便真實(shí)地反映出鋁及鋁合金電力器材在運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)際強(qiáng)度。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能試驗(yàn)方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)將電力器材夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上并使器材整體都能納入高溫箱內(nèi)；2)啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，首先將施加在試樣上的載荷升至一個(gè)較小的值，在載荷達(dá)到設(shè)定值后保持此載荷；3)啟動(dòng)高溫箱，設(shè)置所需試驗(yàn)溫度為試樣的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度或最高安全使用溫度并進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后保持此溫度，并且在升溫過(guò)程中載荷一直保持在步驟1)中的設(shè)定值；4)將施加在試樣上的載荷提升至試樣實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的載荷，在載荷達(dá)到設(shè)定值后保持該載荷；5)保持步驟幻中的溫度設(shè)定值和步驟4)中的載荷設(shè)定值，經(jīng)過(guò)一個(gè)設(shè)定的時(shí)間后，將載荷逐漸加大，直至試樣破壞，并記錄其破壞載荷。本發(fā)明的試驗(yàn)方法，可通過(guò)載荷控制系統(tǒng)將施加在試樣上的載荷根據(jù)需要穩(wěn)定地保持。這樣在升溫過(guò)程中，雖然夾具和試樣都有膨脹，但試驗(yàn)機(jī)會(huì)自動(dòng)并實(shí)時(shí)通過(guò)夾頭的位移來(lái)調(diào)節(jié)載荷的值，保證施加在試樣上的載荷不變，避免了原先方法中的缺陷。同時(shí)又可模擬鋁及鋁合金電力器材的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，將能更真實(shí)、更科學(xué)地反映出此類(lèi)器材在高溫下的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明，在步驟2、中將試驗(yàn)機(jī)的夾頭分離速率設(shè)置為5 20mm/min，目標(biāo)載荷設(shè)定為試樣在常溫下破壞載荷的5%。因?yàn)檫^(guò)快的夾頭分離速率在加載時(shí)容易造成載荷的過(guò)沖，而過(guò)慢的夾頭分離速率則會(huì)影響試驗(yàn)效率，所以將夾頭分離速率設(shè)置為5 20mm/ min，使試驗(yàn)機(jī)能夠按照設(shè)定程序穩(wěn)定地加載。在載荷達(dá)到設(shè)定值后，停止夾頭的分離，并保持此載荷，即仍為試樣在常溫下破壞載荷的5%。由于此步驟是為接下來(lái)的升溫步驟做準(zhǔn)備的，所以不宜在試樣上施加過(guò)大的載荷，以免在升溫之前就破壞試樣的原始狀態(tài)。此步驟中只需對(duì)試樣施加一個(gè)較小的預(yù)載荷，但此預(yù)載荷也不宜設(shè)置地過(guò)小，否則試驗(yàn)機(jī)很難將載荷保持在一個(gè)很小的值，容易造成載荷保持的不穩(wěn)定。而根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的型號(hào)、結(jié)構(gòu)和性能的不同，此預(yù)載荷也可作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，一般不超過(guò)試樣在常溫下破壞載荷的10%，不低于試樣在常溫下破壞載荷的2%。根據(jù)本發(fā)明，在步驟3)中，溫度設(shè)置可選70°C、10(TC、15(rC或200°C。目前普通鋼芯鋁絞線ACSR的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度為70°C，此導(dǎo)線在1. 51倍容運(yùn)行時(shí)，溫度可達(dá)100°C，鋼芯耐熱鋁合金絞線TACSR最高安全使用溫度約為150°C，殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線ZTACIR 的最高安全使用溫度約為200°C，因此認(rèn)為與其配套的電力器材在實(shí)際運(yùn)行時(shí)也具有與導(dǎo)線相同的溫度(一般情況下，電力器材與導(dǎo)線之間都為緊密接觸)，即在試驗(yàn)時(shí)也可選取以上四個(gè)溫度點(diǎn)中的一個(gè)。但是以上可選的溫度并不是唯一的，隨著各類(lèi)更新型的耐熱導(dǎo)線技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際倍容運(yùn)行電流的不同，為模擬電力器材的實(shí)際運(yùn)行溫度，試驗(yàn)溫度也可作相應(yīng)調(diào)整。)。由于高溫箱的加熱功率不同，因此升溫速率也不盡相同，一般應(yīng)使整個(gè)升溫過(guò)程在1小時(shí)內(nèi)完成。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，為了使試樣各部位的溫度能夠均勻一致，需要將此溫度保持一段時(shí)間后再執(zhí)行下一步的加載程序。升溫過(guò)程中載荷一直按前一步中的設(shè)定值保持。通常，該保持時(shí)間為半小時(shí)左右。根據(jù)本發(fā)明，在步驟4)中，為保證試驗(yàn)機(jī)能夠穩(wěn)定地加載，因此此處的加載速率可為5 20mm/min ；由于各類(lèi)電力器材在設(shè)計(jì)時(shí)，其安全運(yùn)行載荷一般為器材在常溫下破壞載荷的20 % 40 %，因此試驗(yàn)時(shí)保持的載荷通常為試樣常溫下破壞載荷的20 % 40 %。 在載荷達(dá)到設(shè)定值后，通過(guò)載荷保持系統(tǒng)保持此載荷。根據(jù)本發(fā)明，在步驟5)中，由于臺(tái)風(fēng)、覆冰等自然災(zāi)害對(duì)某些輸電線路造成破壞或者在夏季用電高峰期時(shí)，電力調(diào)度部門(mén)需要對(duì)部分線路的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，這將導(dǎo)致導(dǎo)線的運(yùn)行電流加大和運(yùn)行溫度的提升。因此根據(jù)線路搶修、檢修或負(fù)荷調(diào)整時(shí)間的不同，部分線路所需在較高溫度下運(yùn)行的時(shí)間也不同。在進(jìn)行電力器材的高溫承載性能試驗(yàn)時(shí)，一般可選取一些典型的持續(xù)時(shí)間，如為考核電力器材在短時(shí)間高溫狀態(tài)下的強(qiáng)度，可選擇Ih或 5h，為考核電力器材在長(zhǎng)期高溫狀態(tài)下的強(qiáng)度，可選擇ΜΚ7 !或100h。對(duì)于大多數(shù)金屬材料制造的電力器材，隨著高溫承載試驗(yàn)時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，其強(qiáng)度的降低將變得非常緩慢，因此試驗(yàn)時(shí)間一般不超過(guò)100h。因此，對(duì)于最后進(jìn)行破壞載荷試驗(yàn)的加載速率，可以參考GB/T 4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》。在此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在進(jìn)行試樣的抗拉強(qiáng)度測(cè)定時(shí)，試樣的應(yīng)變速率應(yīng)在0. 02/min 0. 2/min之間。對(duì)于長(zhǎng)軸狀且承受軸向負(fù)載的電力器材，可根據(jù)其工作部分的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算最終的加載速率。如某一電力器材的工作部分 (承受載荷部分)的長(zhǎng)度為500mm，在對(duì)其進(jìn)行高溫承載試驗(yàn)時(shí)，其最終的夾頭分離速率應(yīng)在 10mm/min 100mm/min 之間。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能試驗(yàn)方法，按以下步驟進(jìn)行1)將電力器材通過(guò)專(zhuān)用配套的夾具夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上并保證器材整體都能納入高溫箱。高溫箱的兩端必定有兩個(gè)通孔，使夾具能夠延伸至高溫箱外并與試驗(yàn)機(jī)的夾頭相連，因此在安裝好試樣并關(guān)閉高溫箱的門(mén)后，需采用保溫材料(如石棉)對(duì)夾具與高溫箱通孔之間的間隙進(jìn)行封堵，防止試驗(yàn)過(guò)程中箱體內(nèi)的熱量通過(guò)此間隙散失，影響箱體內(nèi)溫度的均勻性。2)啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，設(shè)置加載程序。將試驗(yàn)機(jī)的夾頭分離速率設(shè)置為5 20mm/min，目標(biāo)載荷設(shè)定為試樣在常溫下破壞載荷的5%。因?yàn)檫^(guò)快的夾頭分離速率在加載時(shí)容易造成載荷的過(guò)沖，而過(guò)慢的夾頭分離速率則會(huì)影響試驗(yàn)效率，所以將夾頭分離速率設(shè)置為5 20mm/min，使試驗(yàn)機(jī)能夠按照設(shè)定程序穩(wěn)定地加載。在載荷達(dá)到設(shè)定值后，停止夾頭的分離，并保持此載荷，即仍為試樣在常溫下破壞載荷的5%。由于此步驟是為接下來(lái)的升溫步驟做準(zhǔn)備的，所以不宜在試樣上施加過(guò)大的載荷，以免在升溫之前就破壞試樣的原始狀態(tài)。 此步驟中只需對(duì)試樣施加一個(gè)較小的預(yù)載荷，但此預(yù)載荷也不宜設(shè)置地過(guò)小，否則試驗(yàn)機(jī)很難將載荷保持在一個(gè)很小的值，容易造成載荷保持的不穩(wěn)定。而根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的型號(hào)、結(jié)構(gòu)和性能的不同，此預(yù)載荷也可作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，一般不超過(guò)試樣在常溫下破壞載荷的10%，不低于試樣在常溫下破壞載荷的2%。3)啟動(dòng)高溫箱，設(shè)置所需試驗(yàn)溫度并進(jìn)行升溫(溫度設(shè)置可選70°C、100°C、15(rC 或200°C )。目前普通鋼芯鋁絞線ACSR的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度為70°C，此導(dǎo)線在1. 51倍容運(yùn)行時(shí)，溫度可達(dá)100°C，鋼芯耐熱鋁合金絞線TACSR最高安全使用溫度約為150°C，殷鋼芯超耐熱鋁合金絞線ZTACIR的最高安全使用溫度約為200°C，因此認(rèn)為與其配套的電力器材在實(shí)際運(yùn)行時(shí)也具有與導(dǎo)線相同的溫度(一般情況下，電力器材與導(dǎo)線之間都為緊密接觸)，即在試驗(yàn)時(shí)也可選取以上四個(gè)溫度點(diǎn)中的一個(gè)。但是以上可選的溫度并不是唯一的，隨著各類(lèi)更新型的耐熱導(dǎo)線技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際倍容運(yùn)行電流的不同，為模擬電力器材的實(shí)際運(yùn)行溫度，試驗(yàn)溫度也可作相應(yīng)調(diào)整。)。由于高溫箱的加熱功率不同，因此升溫速率也不盡相同，一般應(yīng)使整個(gè)升溫過(guò)程在1小時(shí)內(nèi)完成。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，為了使試樣各部位的溫度能夠均勻一致，需要將此溫度保持一段時(shí)間后再執(zhí)行下一步的加載程序。升溫過(guò)程中載荷一直按前一步中的設(shè)定值保持。4)設(shè)置加載程序，將施加在試樣上的載荷平穩(wěn)升至試樣實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的載荷 (為保證試驗(yàn)機(jī)能夠穩(wěn)定地加載，因此此處的加載速率可為5 20mm/min ；由于各類(lèi)電力器材在設(shè)計(jì)時(shí)，其安全運(yùn)行載荷一般為器材在常溫下破壞載荷的20% 40%，因此試驗(yàn)時(shí)保持的載荷通常為試樣常溫下破壞載荷的20% 40%。)，在載荷達(dá)到設(shè)定值后，通過(guò)載荷保持系統(tǒng)保持此載荷。5)保持按以上設(shè)定的溫度和載荷，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后(由于臺(tái)風(fēng)、覆冰等自然災(zāi)害對(duì)某些輸電線路造成破壞或者在夏季用電高峰期時(shí)，電力調(diào)度部門(mén)需要對(duì)部分線路的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，這將導(dǎo)致導(dǎo)線的運(yùn)行電流加大和運(yùn)行溫度的提升。因此根據(jù)線路搶修、檢修或負(fù)荷調(diào)整時(shí)間的不同，部分線路所需在較高溫度下運(yùn)行的時(shí)間也不同。在進(jìn)行電力器材的高溫承載性能試驗(yàn)時(shí)，一般可選取一些典型的持續(xù)時(shí)間，如為考核電力器材在短時(shí)間高溫狀態(tài)下的強(qiáng)度，可選擇Ih或5h，為考核電力器材在長(zhǎng)期高溫狀態(tài)下的強(qiáng)度，可選擇24h、7^! 或100h。對(duì)于大多數(shù)金屬材料制造的電力器材，隨著高溫承載試驗(yàn)時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，其強(qiáng)度的降低將變得非常緩慢，因此試驗(yàn)時(shí)間一般不超過(guò)IOOh)，將載荷逐漸加大，直至試樣破壞，并記錄其破壞載荷。對(duì)于最后進(jìn)行破壞載荷試驗(yàn)的加載速率，可以參考GB/T 4338-2006 《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》。在此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在進(jìn)行試樣的抗拉強(qiáng)度測(cè)定時(shí)，試樣的應(yīng)變速率應(yīng)在0. 02/min 0. 2/min之間。對(duì)于長(zhǎng)軸狀且承受軸向負(fù)載的電力器材，可根據(jù)其工作部分的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算最終的加載速率。如某一電力器材的工作部分(承受載荷部分)的長(zhǎng)度為500mm，在對(duì)其進(jìn)行高溫承載試驗(yàn)時(shí)，其最終的夾頭分離速率應(yīng)在lOmm/min 100mm/min 之間。應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能試驗(yàn)方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)將電力器材夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上并使器材整體都能納入高溫箱內(nèi)；2)啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，首先將施加在試樣上的載荷升至一個(gè)較小的值，在載荷達(dá)到設(shè)定值后保持此載荷；3)啟動(dòng)高溫箱，設(shè)置所需試驗(yàn)溫度為試樣的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度或最高安全使用溫度并進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后保持此溫度，并且在升溫過(guò)程中載荷一直保持在步驟1)中的設(shè)定值；4)將施加在試樣上的載荷提升至試樣實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的載荷，在載荷達(dá)到設(shè)定值后保持該載荷；5)保持步驟幻中的溫度設(shè)定值和步驟4)中的載荷設(shè)定值，經(jīng)過(guò)一個(gè)設(shè)定的時(shí)間后，將載荷逐漸加大，直至試樣破壞，并記錄其破壞載荷。
2.如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟幻中的設(shè)定值為試樣常溫下破壞載荷的2% 10%。
3.如權(quán)利要求2所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟幻中的設(shè)定值為試樣常溫下破壞載荷的5%。
4.如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟3)中的溫度設(shè)定值為70°C、10(TC、 150°C或 200°C ο
5.如權(quán)利要求4所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟；3)中的整個(gè)升溫過(guò)程在1小時(shí)內(nèi)完成，保持時(shí)間約為半小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟4)中的設(shè)定值為試樣常溫下破壞載荷的20% 40%。
7.如權(quán)利要求1-6任何一項(xiàng)所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟2)和4)中上下夾頭分離速率設(shè)置為5 20mm/min。
8.如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟5)的設(shè)定時(shí)間當(dāng)考核電力器材在短時(shí)間高溫狀態(tài)下的強(qiáng)度時(shí)，為Ih或證；當(dāng)考核電力器材在長(zhǎng)期高溫狀態(tài)下的強(qiáng)度時(shí)，為 24h、72h 或 IOOh0
9.如權(quán)利要求1或8所述的試驗(yàn)方法，其特征在于在步驟5)中上下夾頭分離速率在 10mm/min 100mm/min 之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能試驗(yàn)方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)將電力器材夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上并使器材整體都能納入高溫箱內(nèi)；2)將施加在試樣上的載荷升至一個(gè)較小的值后保持此載荷；3)設(shè)置所需試驗(yàn)溫度并進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后保持此溫度；4)將施加在試樣上的載荷提升至試樣實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的載荷；5)經(jīng)過(guò)一個(gè)設(shè)定的時(shí)間后，將載荷逐漸加大，直至試樣破壞，并記錄其破壞載荷。本發(fā)明在升溫過(guò)程中保證施加在試樣上的載荷不變，避免了原先方法中的缺陷。此試驗(yàn)方法將能更真實(shí)、更科學(xué)地反映出電力器材在高溫下的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01N3/18GK102175538SQ20111003062
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者余虹云, 李國(guó)勇, 李 瑞, 王梁 申請(qǐng)人:浙江華電器材檢測(cè)研究所