谢占山-- 开题报告模板

1、硕士研究生选题报告及论文工作计划研究生姓名 谢占山 学 号1092241040 院(系、所)能源动力与机械工程学院学科、专业机械设计及理论指导教师（学校）王璋奇专业技术职务 教授 指导教师（企业） 陈原 专业技术职务 高工 入学日期 2009.09.01 2010年 10 月 27日拟选论文题目：500Kv复合绝缘子V串机械疲劳试验研究选题报告会地点： 选题报告会日期： 年 月 日 文献综述与选题报告要求：1. 查阅并阅读一定数量的文献资料，其中，选题报告中引用的外文文献不少于10篇，写出文献综述与选题书面报告，要求在3000字以上（不含图表）；2. 书面报告内容应包括：选题背景及其意义，国内

2、外研究动态，本论文的主要研究工作、课题研究内容，预期成果和可能的创新点等；3. 填好“选题报告及论文工作计划”表，连同书面报告一起交院（系），由院（系）交研究生院（筹）备案；4. 详细要求参见研究生培养方案和华北电力大学硕士研究生必修环节实施细则；5. 书面报告的格式见附件。 阅读国内外文献情况： 国内文献约 24 篇，国外文献约 11 篇 导师对选题报告的评语（就研究生对该研究领域国内外研究现状的了解情况、研究方法、研究手段、预期成果予以评价）：导师签名： 年 月 日评审小组对选题的意见（是否同意选定该课题、是否同意选题报告通过、以及对下一阶段研究工作的建议；其他建议，如限期重作选题报告、终

3、止培养建议等）：评审小组成员签名： 年 月 日论 文 工 作 计 划论文工作的总体时间安排：1、2010.8-2010.09：资料调研，找到研究切入点；2、2010.9-2010.10：整理开题报告，完成论文开题；3、2010.11-2011.04：查阅设计资料，完成疲劳试验机设计与试验方法的编制：申请专利一项；4、2011.5-2011.08：调试试验设备，开展复合绝缘子的疲劳试验，并对采集数据进行分析。制定复合绝缘绝缘子在拉-压/弯循环交变应力作用下疲劳实验方法编写。5、2011.9-2012.03：撰写学位论文。论文实际工作预计完成日期： 2011.年12月 工作条件（图书资料、实验设备

4、、经费及其他条件）落实情况：华北电力科学研究院提供经费，试验设备正在研制。论文选题来源、项目所属类别（国家重点、部委、省（市）、企事业委托、校重点、自选等）及经费来源情况：华北电力科学研究院根据实际情况的选择的研究课题，经费由该研究院提供。论文类型基础（理论）研究 应用基础（理论）研究 应用研究 开发研究 其它院系审核： 审核人： 年 月 日（公章）附件线路复合绝缘子v串的机械疲劳试验研究一、选题背景及意义线路绝缘子是用来支持和悬挂导线，它同金具组合将导线固定在杆塔上，并使导线和横担、杆塔有足够的绝缘。它在运行中应能承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力。它还经受着日晒、雨淋、气候变化及化学物

5、质的腐蚀。因此，绝缘子既要有良好的电气性能,又要有足够的机械强度，以适应周围大气的变化。绝缘子的好坏对线路的安全运行是十分重要的。传统线路所用的绝缘子为瓷质和玻璃材质的绝缘子。瓷质材质绝缘子在使用中存在：定期清污，成本高（涂刷硅油）；重量大，安装检修不便（隐式零值自破）；烧结过程中也出现裂纹，易发生掉串等弱点。玻璃材质的绝缘子表面积污后发生局部放电；重量大，安装检修不便；零值自破（玻璃中的杂质和结瘤）等弱点。复合绝缘子以绝缘强度高、体积小、重量轻、耐污秽和清扫维护方便等优良特性大改善高压绝缘设备表面受污、受潮后绝缘度降低的状况，有效地提高用电安全性，其自洁性好，减少了维护清扫费用。复合绝缘子为

6、整体结构增大了爬距，增强了绝缘距离，复合绝缘子质量轻，可以减轻杆塔荷重，缩小线路间距和走廊宽度，促成城市架空电力线路向小型化发展1-8。随着材料的不断进步，复合绝缘子的性能不断提高，其在线路中越来越广泛的应用。然而，以复合绝缘子芯棒为代表的复合材料产品其强度高主要体现在抗拉强度上，其抗压抗弯强度往往比较薄弱，但近年来，硅橡胶有机复合绝缘子开始大量用于承受压、弯应力的场合，包括V串复合绝缘子，紧凑型线路相间间隔棒，以及近年来出现的防风偏绝缘子，此外有机复合绝缘杆塔塔材、电站复合支柱绝缘子、复合套管等均属于承受压、弯应力的情况，但对于上述以玻璃纤维和环氧树脂为基本材料的复合绝缘子承受压、弯应力的性

7、能研究很少，并无权威性结论。近期，华北电网首次发生了在长期运行中承受拉-压/弯循环交变应力（cyclic stress）或循环应变（cyclic strain）作用，由于固体内部微观组织中位错的存在，在外部交变载荷作用下，裂纹萌生、裂纹扩展，在结构中某些部位逐渐产生局部的永久结构变化，并在一定循环次数后形成裂缝或继续扩展直到导致疲劳断裂，疲劳损伤的产生、扩展与积累会加剧材料的环境与应力腐蚀,加速材料的老化，造成材料耐环境性能严重下降和强度与刚度的急剧损失,大大降低材料的使用寿命,甚至会造成灾难性后果。扩大紧凑型线路V串复合绝缘子的抽检表明：与故障绝缘子同批次的V串复合绝缘子也出现了极其近似的疲

8、劳破坏现象，即这种疲劳损伤可能具有共性而不仅仅是个例，这是首次有记录的复合绝缘子疲劳断裂故障形式，与玻璃纤维增强环氧树脂芯棒耐拉而不耐压/弯的机械性能直接相关，于以往复合绝缘子承受拉力时发生的脆断故障形式完全不同。因此，开展复合绝缘子在受到拉压（弯）交变应力的情况下疲劳特性研究是极为重要的。尤其针对已经挂网或即将应用的产品类型（如复合绝缘子、复合相间间隔棒、防风偏绝缘子等）的耐疲劳性能评估具有很大的指导意义，亦可以为运行维护以及后续的产品改进和应用提供技术支持。1、复合绝缘子在线路中使用美国是最先使用合成绝缘子的国家。为防止人为破坏绝缘子以避免影响电网的安全运行，合成绝缘子在各电压等级的线路上

9、得到大量的使用。由于其国内合成绝缘子缺乏足够的运行经验，且其可靠性是否高于瓷、玻璃绝缘子未得到证实。加拿大各电力公司对合成绝缘子的使用也持持谨慎态度，不愿意在高压输电线路上广泛使用合成绝缘子。欧洲的很多用户也对合成绝缘子的使用持谨慎态度，仍对合成绝缘子的长期性能进行研究9。我国电网于20世纪80年代初开始使用复合绝缘子。80年代末，先后完成了硅橡胶复合绝缘子的开发、成果转让与工业化生产的工作。90 年代初，我国华东、华北、东北等污闪多发地区的大面积污闪事故，为遏制污闪事故发生，复合绝缘子被大量引入电网。1994年底，挂网运行的复合绝缘子已达5万支。从此，我国电网使用复合绝缘子的数量迅速增加：1

10、995年为10万支，1996年为20万支，1998年为46万支，1999年为84万支，到2001年已达160万支，2006年已达200万支。国内复合绝缘子损坏多发生于早期产品，主要原因包括选材不当及工艺不成熟等。复合绝缘子的年损坏率约为 0.005，优于世界其它国家的平均水平。芯棒脆断已成为当前复合绝缘子所发生的最严重的事故，占绝缘子损坏的40%左右。这种现象在超高压线路中尤为突出10-14。 “脆断”本质指复合绝缘子在循环交变应力作用的情况下，加之在钢锚与芯棒的连接处存在EI与M突变，出现了应力集中，导致绝缘子薄弱部位开裂，外界酸液从开裂部位进入绝缘子芯棒，玻璃纤维受到侵蚀，在很低的载荷作用

11、下芯棒纤维逐渐断裂，最终整支芯棒发生断裂。脆断的一个明显特征就是断口较整齐、平滑15-18。2、线路复合绝缘子的受力导线在风力的作用下，导线的舞动及扭转振动，导致复合绝缘子承受压弯组合力。2007年源霸二线舞动跳闸故障，发现129#130#间隔棒球头受力弯曲变形较大，也印证了相间间隔棒在运行过程中受到了弯曲应力。导线多处于山垭口、山沟位置，常年受大风影响，分裂导线的舞动、扭转振动发生概率较高。（如下图所示），图发生弯曲的相间间隔棒钢脚2010年4月-5月，大同超高压供电公司负责运行维护的源霸二线129#138#发生多起相间间隔棒钢脚断裂故障。 悬挂着的故障相间间隔棒 相间间隔棒钢脚断口2010

12、年5月5日沽太线柔性间隔棒安装过程中，也观察到导线在风力作用下的扭转振动。图2008年4月500kV海万线舞动事故后导线扭绞情况图 2010年5月500kV神保线导线扭绞情况相间间隔棒钢脚的断裂和支架的断裂，很可能是在受到拉力的同时受到弯矩所致。相间间隔棒钢脚和支架之间为球头球窝连接，虽然具有一定的活动范围，但是活动范围相对有限，在分裂导线发生扭转振动且具备一定振幅的情况下，相间间隔棒钢脚部位很容易出现弯曲应力集中，导致钢脚在运行过程中不仅承受拉力，同时还承受交变弯曲应力，很可能正是这种交变弯曲应力造成了钢脚、支架的断裂故障。运行过程中各相分裂导线存在扭转振动，即以分裂中心为轴的转动振动。图

13、相间间隔棒端部受力分析而线路复合绝缘子v串的受力情况如下图所示： 线路v串示意图 线路v串在风力作用下受力示意图 绝缘子v串在风力的作用下串受力图及可能导致弯曲图19其中wv为导线的自重，PH为导线受到的风载荷，p1为p在左绝缘子串所受分力，p2为p在右绝缘子串所受分力，p为导线为所受外力的合力，a为导线的最大风偏角，为绝缘子夹角之半。导线在风力的作用下，由于会在导线的背风向形成涡流，导线将发生的舞动、振动，分裂式导线也可能扭绞在一起。大风作用在导线上的横向力将带动导线金具以及绝缘子在水平方向做加速度运动，由于绝缘子成三角排列，限制了绝缘子水平运动，迎风侧绝缘子受到的拉力增大，背风侧绝缘子受到

14、的拉力减少甚至变成受压。复合绝缘子只有弯曲变形并对金具形成反弹力，大风形成的能量由金具间相互摩擦消耗一部分能量，导线与金具重量消耗一部分能量，另一部分能量靠复合绝缘子变形消耗掉。在上述图中风向的作用下，绝缘子所受的脉动力随导线背部涡流的变化而变化。由于复合绝缘子杆径小，芯棒受弯曲、压缩等不大的负荷时弹性变形较大，长期处于此环境下绝缘子的强度会大大降低，最终会导致疲劳破坏19-23。为绝缘子破坏的情形如下图所示： 500kV紧凑型线路复合绝缘子断裂 500kV紧凑型线路复合绝缘子断裂 500kV紧凑型线路复合绝缘子断裂据不完全统计，国内发生的复合绝缘子断裂事故已达20起。这些复合绝缘子的断裂本质

15、上是受到循环应力作用，在一定的循环次数下，导致绝缘子疲劳开裂，外界的酸性物质从裂缝进入芯棒加速了绝缘子的脆断。二、复合绝缘子疲劳性能研究现状国内外关于线路绝缘子串的方面,研究较少，更缺乏系统的深入研究。日本和印度等国家在超高压输变电工程中对绝缘子的选择和验收时要求进行振动试验，评价其耐振强度。目前，关于绝缘子串和导线的振动疲劳试验，国际上还没有科学统一的试验方法和试验标准，日本和印度等国家在其超高压输变电工程的标书中对绝缘子串振动试验要求。试验完成后对绝缘子及金具的外观检查、绝缘子的机械性能试验和击穿试验等24。2002年武高所与华科开发振动系统，实验参数参考20世纪80年代前苏联、日本在此方

16、面经验与参数。该试验虽能筛选出优质产品，也能使设计和工艺控制不佳的绝缘子串不能通过该项试验，然而，实际运行中的合成绝缘子所受到的是包括拉伸 扭转 弯曲等的复合动载。其实验模拟结果与实际必然存在较大的差距。2002年孙昌富、梁曦东等开发了动载试验机。能基本的模拟内楔式复合绝缘子串在实际工况下所受拉伸、扭转、弯曲等的复合动载25-26。只对内楔式合成绝缘子的芯棒动载试验，尚未对其他复合绝缘子进行研究，也未对带有均压环、线夹（联板）的复合绝缘子疲劳特征进行试验。廖永力等利用有限元软件建立了750kV紧凑型线路 V形复合绝缘子力学模型，计算分析了不同夹角下v形串受力变形情况，并将计算结果与实测结果比较

17、，验证了软件计算的有效性。并探讨了750k V紧凑型输电线路v形绝缘子串在不同安装夹角下的风偏位移随载荷的变化及v形复合绝缘子屈曲变形的特征。验证了软件分析的可行性，为以后研究节省了大量实验时间27。C.De Tourreil等合成绝缘子抵御振荡荷载能力的衰减速度明显大于抵御静荷载能力的衰减速度，当较小的静荷载发生振荡时就可能导致其损坏。进一步证明复合绝缘子在受交换载荷对其强度影响29-35。 合成绝缘子在23 时的时间-荷载曲线与振荡荷载导致其损坏的对比时间-荷载曲线26综上所述，关于复合绝缘子承受压弯扭组合应力的疲劳研究还不够深入，还需要进一步开展具有针对性的研究，为线路复合绝缘子的应用、

18、运行、检修、改进提供技术支持。三、本论文的研究内容1）、针对于线路复合绝缘子及v串设计疲劳试验机一台。2)、编写线路绝缘子及v串疲劳的实验方法，进行复合绝缘子拉/弯/扭等工况下疲劳试验，分析实验数据，给出鉴定结论。四、研究方案及工作难点1）、疲劳试验机设备的研制及实验室的建设进度。2)、复合绝缘子拉/弯/扭试验过程的控制。3)、试验分析方法的选定及试验过程数据的采集与分析。五、可能创新点1）、针对线路复合绝缘子及v串研制疲劳试验机一台，申请专利一项。2）、编写复合绝缘子疲劳试验方法与产品的鉴定，使用有限元软件进行辅助仿真。六、参考文献：1李翔,顾红连.三种绝缘子可靠性的比较J.高电压技术,20

19、07,33（5）:191-193.2王计朝.北京输电线路用绝缘子运行现状J.电气安全,2009,28（1）：38-40.3乔军,吴政国,林文兵.常用绝缘子的性能分析与应用J.江西电力.2009,33（4）:21-23,31.4李政敏,胡瑛锋.输变电工程中的复合绝缘子综述J.西北电力技术.2006(2).:34-36.5崔江流,宿志一,易辉.我国硅橡胶合成绝缘子的应用与展望J.中国电力,1999,32(1)：38-41.Cui Jiang Liu ,Su Zhi Yi ,Yi Hui .The Application and Its Prospect of Silicon Rubber Comp

20、osite Insulators in ChinaJ.Electric Power,1999,32(1)：38-41.6Tu Yanming.Approaches to aging of composite insulators. In: Proceedings of the 6th International Symposium on Properties and Applications of Dielectric Materials,Xian，China.pp. 371-374(2000)7刘泽洪.复合绝缘子使用现状及其在特高压输电线路中的应用前景J. 电网技术,2006,30(12):

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25、刚.复合绝缘子芯棒脆断原因分析J.电磁避雷器,2007,218(4).:1-4.LU Ming,MA Xiao-jiu,YAN Dong,LI Gang .Analysis on Causes of Brittle fracture of Composite Insulator CoresJ. Insulators and Surge Arresters2007,218(4).:1-4.16王景朝. 合成绝缘子疲劳的试验研究J.电力建设，2001.22（12）：31-33.Wang Jingchao.Test and Study on Fatigue of Compound Insulator

26、sJ.Electric Power Construction, 2001.22（12）：31-33.17乔军,吴政国,林文兵.常用绝缘子的性能分析与应用江西电力J.2009,33（4）：21-23，31.18张福林,张善钢,复合绝缘子运行过程中芯棒出现脆断原因初析J.电网技术,2000,24（1）:30-32. 19吴国洪.V型复合绝缘子串掉串的防范措施J.电力建设,2008,29（11）：86-89。Wu GuoHong .Prevention of V-Type Composite Insulator String Falling ApartJ.Electric Power Constru

27、ction, 2008,29（11）：86-89。20沈鼎申,蔡炜,王劲.复合绝缘子在“V”形串中的应用研究J.电瓷避雷器,2004,201(5):14-16.SHEN Dingshen, CAI Wei,WANG Jin.Investigation on Application of Composite Insulator for“V”StringJ.Insulators and Surge Arresters,2004,201(5):14-16. 21刘平原,尹成,谢从珍,侯镭。220 kV线路复合绝缘子耐张串的动态载荷计算J.广东电力,2008,21（6）:15-19.LIU Ping-

28、yuan, YIN Cheng, XIE Cong-zhen, HOU Le.Dynamic Load Calculation for Composite Insulator Tension Strings on 220kV Transmission LinesJ. Gangdong Electric Power,2008,21（6）:15-19.22 陈刚,蔡炜,肖国英,陈勇,谢从珍,杨红军,张海安.复合绝缘子在耐张串上的使用J.高电压技术, 2006,32(3):16-17.CHEN Gang, CAI Wei, XIAO Guoying, CHEN Yong, XIE Congz,YAN

29、G Hongjun, ZHANG Haian.Composite Insulators Used on Tension StringJ. High Voltage Engineering, 2006,32(3):16-17.23 HOU Lei,WANG Li ming,GUAN Zhi cheng.Dynamics Characteristic of V-string Composite Insulators for 330kV Overhead Transmission Linec/ IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectr

30、ic Phenomena,2006:429- 432. 24高明振,张锐,张志伟.线路绝缘子串机械振动疲劳性能的试验研究J.高电压技术.2009.35（10）:591-2596。GAO Ming-zhen, ZHANG Rui, ZHANG Zhi-wei.Test Study of Mechanical Vibration Characteristics of EHV Transmission Line Insulators StringJ. High Voltage Engineering. 2009.35（10）:2591-2596. 25 孙昌富,梁曦东,周远翔，王成胜,王宁华.合成绝

31、缘子动载性能的研究J.电网技术,2002,26（12）:33-36。SUN Chang-fu,LIANG Xi-dong,ZHOU Yuan-xiang,WANG Cheng-sheng,WANG Ning-hua.RESEARCH ON DYNAMIC LOAD PROPERTIES OF COMPOSITE INSULATORSJ. Power System Technology,2002,26（12）:33-36。26戴建军，梁曦东，姚学锋.高电压复合绝缘子的脆断行为J.清华大学学报(自然科学版)，2005,45（3）:344-346,351。27 廖永力,王黎明,张炎武,朱普轩.紧凑型

32、输电线路复合绝缘子风偏变形分析J.南方电网技术,2010.4(4) ：77-81LIAo Yong-LI,WANG Li-ming,ZHANG Yan -wu ,ZHU Pu-xuan.Analysis of Windage Yaw Deformation of Composite Insulatrs in Compact Transmission Lines J. Southern power system technology. 2010.4(4) ：77-8128Lei Ming Zeng ,Jiang Liu Gang.Simulation analysis of flashover characteristics of 220kV composite insulators based on finite-element method. In: Proceedings of the 11th International Symposium on Properties and Applications of Dielectric Materials, Harbin,China. pp. 697-700(2009)29 C.De Tourreil.Aging of Co