許多高壓電器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到有限元分析技術(shù)。但由于結(jié)構(gòu)形狀和實(shí)際載荷條件的復(fù)雜性，按其理論模型進(jìn)行分析計(jì)算所得的結(jié)果，往往與實(shí)際情況有較大的差別。要解決這類問(wèn)題，有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，以便了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力變化情況。同時(shí)，也可用應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試所得的數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)按模型進(jìn)行理論分析所得結(jié)果的準(zhǔn)確程度。應(yīng)變電測(cè)技術(shù)是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中一種方法，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。
應(yīng)變電測(cè)技術(shù)在高壓電器中的應(yīng)用
高壓斷路器是高壓電器的主要設(shè)備，而操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)又是高壓斷路器的兩個(gè)主要組成部分，其機(jī)械可靠性是高壓電器研發(fā)制造、工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，使用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量分析，對(duì)高壓電器的研發(fā)設(shè)計(jì)都有重要的意義。近年來(lái)，高壓電器領(lǐng)域的強(qiáng)度問(wèn)題都采用應(yīng)變電測(cè)法進(jìn)行測(cè)量，既經(jīng)濟(jì)又方便快捷。
斷路器安裝地腳沖擊力測(cè)量
超高壓、特高壓斷路器配用的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有瞬時(shí)爆發(fā)大功率的特點(diǎn)，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝有嚴(yán)格的要求。地基的穩(wěn)定性及地腳螺栓的強(qiáng)度等關(guān)鍵因素，都會(huì)影響著高壓斷路器功能特性，也關(guān)系著電網(wǎng)的安全。準(zhǔn)確測(cè)量斷路器動(dòng)作時(shí)地腳螺栓受到的沖擊力，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。以800KV罐式斷路器的地腳沖擊力測(cè)量為例，測(cè)量點(diǎn)選在地腳螺栓上，選取兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，分別測(cè)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(yīng)變片采用不同的組橋方式，組成1/2電橋，具有溫度自補(bǔ)償和提高測(cè)量靈敏度的特點(diǎn)。通過(guò)JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀完成15次分合閘動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量記錄，通過(guò)下列公式計(jì)算得到地腳的動(dòng)態(tài)過(guò)程的最大沖擊力。
應(yīng)力：σ=ε*Ε
作用力：F=σ*S
其中：E為所測(cè)構(gòu)件的彈性模量；S為所測(cè)構(gòu)件的截面積；最后的測(cè)量結(jié)果表明：分閘操作沖擊力最大，軸向沖擊力達(dá)232000N，切向沖擊力達(dá)176000N。
分析斷路器某些構(gòu)件斷裂的原因
應(yīng)用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)測(cè)量高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力矩特性，也可以測(cè)量分析某些結(jié)構(gòu)件斷裂面的應(yīng)力分布。
以某產(chǎn)品用斷路器拐臂盒出現(xiàn)裂紋質(zhì)量問(wèn)題為例，首先測(cè)量其操動(dòng)機(jī)構(gòu)作用力；在連桿上測(cè)量1個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力，乘以截面積得出作用力值，測(cè)量點(diǎn)的作用力約87000N和計(jì)算的載荷基本一致。
根據(jù)測(cè)得應(yīng)力時(shí)間分布圖：斷裂構(gòu)件在時(shí)間行程曲線對(duì)應(yīng)的起始和緩沖兩個(gè)時(shí)間段受到的應(yīng)力最大，采用有限元分析軟件計(jì)算斷裂面的應(yīng)力分布情況。
利用有限元分析軟件建立靜載模型的計(jì)算結(jié)果為：起始階段拐臂盒最大應(yīng)力49.2MPa，緩沖階段拐臂盒最大應(yīng)力54.6MPa，基本反映應(yīng)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(yàn)證理論計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性，對(duì)新拐臂盒進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)試，根據(jù)結(jié)構(gòu)件斷裂部位及有限元分析計(jì)算結(jié)果，在應(yīng)力分布集中的8個(gè)點(diǎn)布置了應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明：構(gòu)件斷裂面?zhèn)€別應(yīng)力集中點(diǎn)的測(cè)量值接近允許材料強(qiáng)度；同時(shí)通過(guò)與計(jì)算值的比較，對(duì)理論沖擊系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)修正。設(shè)計(jì)人員根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)重新設(shè)計(jì)，修改了部分結(jié)構(gòu)，加大了相關(guān)部位的尺寸厚度和圓弧過(guò)渡處半徑，以避免應(yīng)力集中。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)后，重新測(cè)量結(jié)果表明，改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的拐臂盒應(yīng)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(kāi)裂位置應(yīng)力明顯減小，應(yīng)力分布均勻，與有限元分析計(jì)算結(jié)果相近，為科學(xué)決策提供了技術(shù)依據(jù)。
結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)變電測(cè)技術(shù)具有測(cè)量精度高、測(cè)量靈敏度高，傳感元件安裝不影響被測(cè)元件的應(yīng)力狀態(tài)，頻率響應(yīng)快，成本低，測(cè)量方便，測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)。在高壓電器產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)方面具有很大優(yōu)勢(shì)。采用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以確保高壓電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加合理科學(xué)，并避免生產(chǎn)后造成的質(zhì)量隱患。目前，應(yīng)變電測(cè)技術(shù)在高壓電器領(lǐng)域的應(yīng)用主要是將應(yīng)變電測(cè)技術(shù)同有限元理論計(jì)算分析技術(shù)相結(jié)合，相互驗(yàn)證，對(duì)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度問(wèn)題進(jìn)行綜合評(píng)估，提高高壓電器產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度和工程設(shè)計(jì)效率。
