专利名称：输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能试验方法
技术领域：
本发明涉及测试技术领域，尤其涉及电力器材高温承载性能测试领域，具体地说是一种输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能试验方法。
背景技术：
为满足我国经济的迅猛发展，电源容量、用电需求的迅速增长，资源和能源的日益紧张，势必需要新建线路或改造已有线路，进一步提高电网的输电能力。随着输送容量的不断增加，导线的运行温度也在不断地提升，因此耐热铝合金导线、超耐热铝合金导线(倍容量导线)、复合材料合成芯导线等各类耐高温的导线也应运而生。目前，某些种类导线的允许温度已经高达230°C，因此与此类导线配套的电力器材的温度与过去相比也有了大幅地提升。要保证电力器材在高温下也能满足设计时的安全裕度，保证其在长期高温条件下运行时的可靠性和安全性，就必须获得电力器材在高温下的机械性能(强度)变化情况。目前对电力器材在高温下的强度测试一般分为三个步骤1、将电力器材通过一定的夹具夹持在试验机的上下夹头上并保证器材整体都能纳入高温箱；2、启动加热程序，使箱体内温度到达设定值并将此温度保持一定的时间；3、启动试验机，按一定的速率进行加载直至试样破坏，同时记录其破坏载荷。通过对试样在常温下和高温下的强度测试，得到各类电力器材在高温下的强度损失。此类方法的过程比较简单，实施起来相对方便，但同时具有以下缺点1、采用先夹持后加热的方法，导致器材在被加热的同时也受到了一定的压应力。这是因为在常温下对试样进行夹持后，在进行加热时，处于高温箱内的夹具和试样随着温度的升高而不断膨胀，而试验机夹头在未执行加载程序时是固定的，因此试样和夹具同时收到压应力的作用，将有可能影响到试样的原始机械性能。2、在电力器材的实际工作状态中，其不仅仅是受到高温的影响，同时还承受着一定的载荷，采用以上方法只能考核高温对电力器材机械性能的影响，并不能模拟电力器材的实际运行状态。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，采用了“机械负载+高温+长时间” 的试验方法，对铝及铝合金电力器材的实际运行状态进行了模拟，通过对其施加与运行中一致的机械载荷，同时将其升温到与运行中一致的温度，并保持此条件一定的时间，然后再对其进行破坏载荷的测试，以便真实地反映出铝及铝合金电力器材在运行状态下的实际强度。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能试验方法，其特征在于按以下步骤进行1)将电力器材夹持在试验机的上下夹头上并使器材整体都能纳入高温箱内；2)启动试验机，首先将施加在试样上的载荷升至一个较小的值，在载荷达到设定值后保持此载荷；3)启动高温箱，设置所需试验温度为试样的设计运行温度或最高安全使用温度并进行升温，当温度达到设定值后保持此温度，并且在升温过程中载荷一直保持在步骤1)中的设定值；4)将施加在试样上的载荷提升至试样实际运行状态下的载荷，在载荷达到设定值后保持该载荷；5)保持步骤幻中的温度设定值和步骤4)中的载荷设定值，经过一个设定的时间后，将载荷逐渐加大，直至试样破坏，并记录其破坏载荷。本发明的试验方法，可通过载荷控制系统将施加在试样上的载荷根据需要稳定地保持。这样在升温过程中，虽然夹具和试样都有膨胀，但试验机会自动并实时通过夹头的位移来调节载荷的值，保证施加在试样上的载荷不变，避免了原先方法中的缺陷。同时又可模拟铝及铝合金电力器材的实际运行状态，将能更真实、更科学地反映出此类器材在高温下的强度。根据本发明，在步骤2、中将试验机的夹头分离速率设置为5 20mm/min，目标载荷设定为试样在常温下破坏载荷的5%。因为过快的夹头分离速率在加载时容易造成载荷的过冲，而过慢的夹头分离速率则会影响试验效率，所以将夹头分离速率设置为5 20mm/ min，使试验机能够按照设定程序稳定地加载。在载荷达到设定值后，停止夹头的分离，并保持此载荷，即仍为试样在常温下破坏载荷的5%。由于此步骤是为接下来的升温步骤做准备的，所以不宜在试样上施加过大的载荷，以免在升温之前就破坏试样的原始状态。此步骤中只需对试样施加一个较小的预载荷，但此预载荷也不宜设置地过小，否则试验机很难将载荷保持在一个很小的值，容易造成载荷保持的不稳定。而根据试验机的型号、结构和性能的不同，此预载荷也可作适当地调整，一般不超过试样在常温下破坏载荷的10%，不低于试样在常温下破坏载荷的2%。根据本发明，在步骤3)中，温度设置可选70°C、10(TC、15(rC或200°C。目前普通钢芯铝绞线ACSR的设计运行温度为70°C，此导线在1. 51倍容运行时，温度可达100°C，钢芯耐热铝合金绞线TACSR最高安全使用温度约为150°C，殷钢芯超耐热铝合金绞线ZTACIR 的最高安全使用温度约为200°C，因此认为与其配套的电力器材在实际运行时也具有与导线相同的温度(一般情况下，电力器材与导线之间都为紧密接触)，即在试验时也可选取以上四个温度点中的一个。但是以上可选的温度并不是唯一的，随着各类更新型的耐热导线技术的发展和实际倍容运行电流的不同，为模拟电力器材的实际运行温度，试验温度也可作相应调整。)。由于高温箱的加热功率不同，因此升温速率也不尽相同，一般应使整个升温过程在1小时内完成。当温度达到设定值后，为了使试样各部位的温度能够均勻一致，需要将此温度保持一段时间后再执行下一步的加载程序。升温过程中载荷一直按前一步中的设定值保持。通常，该保持时间为半小时左右。根据本发明，在步骤4)中，为保证试验机能够稳定地加载，因此此处的加载速率可为5 20mm/min ；由于各类电力器材在设计时，其安全运行载荷一般为器材在常温下破坏载荷的20 % 40 %，因此试验时保持的载荷通常为试样常温下破坏载荷的20 % 40 %。 在载荷达到设定值后，通过载荷保持系统保持此载荷。根据本发明，在步骤5)中，由于台风、覆冰等自然灾害对某些输电线路造成破坏或者在夏季用电高峰期时，电力调度部门需要对部分线路的负荷进行调整，这将导致导线的运行电流加大和运行温度的提升。因此根据线路抢修、检修或负荷调整时间的不同，部分线路所需在较高温度下运行的时间也不同。在进行电力器材的高温承载性能试验时，一般可选取一些典型的持续时间，如为考核电力器材在短时间高温状态下的强度，可选择Ih或 5h，为考核电力器材在长期高温状态下的强度，可选择ΜΚ7 !或100h。对于大多数金属材料制造的电力器材，随着高温承载试验时间的进一步延长，其强度的降低将变得非常缓慢，因此试验时间一般不超过100h。因此，对于最后进行破坏载荷试验的加载速率，可以参考GB/T 4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》。在此标准中规定，在进行试样的抗拉强度测定时，试样的应变速率应在0. 02/min 0. 2/min之间。对于长轴状且承受轴向负载的电力器材，可根据其工作部分的长度来计算最终的加载速率。如某一电力器材的工作部分 (承受载荷部分)的长度为500mm，在对其进行高温承载试验时，其最终的夹头分离速率应在 10mm/min 100mm/min 之间。
具体实施例方式本发明的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能试验方法，按以下步骤进行1)将电力器材通过专用配套的夹具夹持在试验机的上下夹头上并保证器材整体都能纳入高温箱。高温箱的两端必定有两个通孔，使夹具能够延伸至高温箱外并与试验机的夹头相连，因此在安装好试样并关闭高温箱的门后，需采用保温材料(如石棉)对夹具与高温箱通孔之间的间隙进行封堵，防止试验过程中箱体内的热量通过此间隙散失，影响箱体内温度的均勻性。2)启动试验机，设置加载程序。将试验机的夹头分离速率设置为5 20mm/min，目标载荷设定为试样在常温下破坏载荷的5%。因为过快的夹头分离速率在加载时容易造成载荷的过冲，而过慢的夹头分离速率则会影响试验效率，所以将夹头分离速率设置为5 20mm/min，使试验机能够按照设定程序稳定地加载。在载荷达到设定值后，停止夹头的分离，并保持此载荷，即仍为试样在常温下破坏载荷的5%。由于此步骤是为接下来的升温步骤做准备的，所以不宜在试样上施加过大的载荷，以免在升温之前就破坏试样的原始状态。 此步骤中只需对试样施加一个较小的预载荷，但此预载荷也不宜设置地过小，否则试验机很难将载荷保持在一个很小的值，容易造成载荷保持的不稳定。而根据试验机的型号、结构和性能的不同，此预载荷也可作适当地调整，一般不超过试样在常温下破坏载荷的10%，不低于试样在常温下破坏载荷的2%。3)启动高温箱，设置所需试验温度并进行升温(温度设置可选70°C、100°C、15(rC 或200°C )。目前普通钢芯铝绞线ACSR的设计运行温度为70°C，此导线在1. 51倍容运行时，温度可达100°C，钢芯耐热铝合金绞线TACSR最高安全使用温度约为150°C，殷钢芯超耐热铝合金绞线ZTACIR的最高安全使用温度约为200°C，因此认为与其配套的电力器材在实际运行时也具有与导线相同的温度(一般情况下，电力器材与导线之间都为紧密接触)，即在试验时也可选取以上四个温度点中的一个。但是以上可选的温度并不是唯一的，随着各类更新型的耐热导线技术的发展和实际倍容运行电流的不同，为模拟电力器材的实际运行温度，试验温度也可作相应调整。)。由于高温箱的加热功率不同，因此升温速率也不尽相同，一般应使整个升温过程在1小时内完成。当温度达到设定值后，为了使试样各部位的温度能够均勻一致，需要将此温度保持一段时间后再执行下一步的加载程序。升温过程中载荷一直按前一步中的设定值保持。4)设置加载程序，将施加在试样上的载荷平稳升至试样实际运行状态下的载荷 (为保证试验机能够稳定地加载，因此此处的加载速率可为5 20mm/min ；由于各类电力器材在设计时，其安全运行载荷一般为器材在常温下破坏载荷的20% 40%，因此试验时保持的载荷通常为试样常温下破坏载荷的20% 40%。)，在载荷达到设定值后，通过载荷保持系统保持此载荷。5)保持按以上设定的温度和载荷，经过一定的时间后(由于台风、覆冰等自然灾害对某些输电线路造成破坏或者在夏季用电高峰期时，电力调度部门需要对部分线路的负荷进行调整，这将导致导线的运行电流加大和运行温度的提升。因此根据线路抢修、检修或负荷调整时间的不同，部分线路所需在较高温度下运行的时间也不同。在进行电力器材的高温承载性能试验时，一般可选取一些典型的持续时间，如为考核电力器材在短时间高温状态下的强度，可选择Ih或5h，为考核电力器材在长期高温状态下的强度，可选择24h、7^! 或100h。对于大多数金属材料制造的电力器材，随着高温承载试验时间的进一步延长，其强度的降低将变得非常缓慢，因此试验时间一般不超过IOOh)，将载荷逐渐加大，直至试样破坏，并记录其破坏载荷。对于最后进行破坏载荷试验的加载速率，可以参考GB/T 4338-2006 《金属材料高温拉伸试验方法》。在此标准中规定，在进行试样的抗拉强度测定时，试样的应变速率应在0. 02/min 0. 2/min之间。对于长轴状且承受轴向负载的电力器材，可根据其工作部分的长度来计算最终的加载速率。如某一电力器材的工作部分(承受载荷部分)的长度为500mm，在对其进行高温承载试验时，其最终的夹头分离速率应在lOmm/min 100mm/min 之间。应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能试验方法，其特征在于按以下步骤进行1)将电力器材夹持在试验机的上下夹头上并使器材整体都能纳入高温箱内；2)启动试验机，首先将施加在试样上的载荷升至一个较小的值，在载荷达到设定值后保持此载荷；3)启动高温箱，设置所需试验温度为试样的设计运行温度或最高安全使用温度并进行升温，当温度达到设定值后保持此温度，并且在升温过程中载荷一直保持在步骤1)中的设定值；4)将施加在试样上的载荷提升至试样实际运行状态下的载荷，在载荷达到设定值后保持该载荷；5)保持步骤幻中的温度设定值和步骤4)中的载荷设定值，经过一个设定的时间后，将载荷逐渐加大，直至试样破坏，并记录其破坏载荷。
2.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于步骤幻中的设定值为试样常温下破坏载荷的2% 10%。
3.如权利要求2所述的试验方法，其特征在于步骤幻中的设定值为试样常温下破坏载荷的5%。
4.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于步骤3)中的温度设定值为70°C、10(TC、 150°C或 200°C ο
5.如权利要求4所述的试验方法，其特征在于步骤；3)中的整个升温过程在1小时内完成，保持时间约为半小时。
6.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于步骤4)中的设定值为试样常温下破坏载荷的20% 40%。
7.如权利要求1-6任何一项所述的试验方法，其特征在于步骤2)和4)中上下夹头分离速率设置为5 20mm/min。
8.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于步骤5)的设定时间当考核电力器材在短时间高温状态下的强度时，为Ih或证；当考核电力器材在长期高温状态下的强度时，为 24h、72h 或 IOOh0
9.如权利要求1或8所述的试验方法，其特征在于在步骤5)中上下夹头分离速率在 10mm/min 100mm/min 之间。
全文摘要
本发明公开了一种输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能试验方法，其特征在于按以下步骤进行1)将电力器材夹持在试验机的上下夹头上并使器材整体都能纳入高温箱内；2)将施加在试样上的载荷升至一个较小的值后保持此载荷；3)设置所需试验温度并进行升温，当温度达到设定值后保持此温度；4)将施加在试样上的载荷提升至试样实际运行状态下的载荷；5)经过一个设定的时间后，将载荷逐渐加大，直至试样破坏，并记录其破坏载荷。本发明在升温过程中保证施加在试样上的载荷不变，避免了原先方法中的缺陷。此试验方法将能更真实、更科学地反映出电力器材在高温下的强度。
文档编号G01N3/18GK102175538SQ20111003062
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者余虹云, 李国勇, 李 瑞, 王梁 申请人:浙江华电器材检测研究所