?800kV特高压直流换流阀地震响应分析

位于地震高烈度区的换流站中换流阀塔的抗震性能对换流站的安全运行有重要意义。以?800 kV特高压直流换流站的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,采用非线性弹簧单元模拟悬吊绝缘子,建立了有限元模型进行时程响应的分析计算。结果表明,地震作用下阀塔底部水平位移响应可超过1 m,绝缘子的非线性特性使得阀塔竖向加速度响应剧烈,阀层出现"弹跳"现象。阀厅对地震波的放大作用可增大阀塔的加速度响应,但对位移响应影响有限。由于阀塔的高阶局部振型频率与阀厅基频接近,阀厅与阀塔发生共振导致阀塔顶部水平加速度响应巨大。建议采用直径更大的悬吊绝缘子以防止屈曲,并采取措施限制阀塔底部的水平位移。     

特高压悬吊换流阀地震模拟振动台实验研究北大核心CSCD

为了研究悬吊式换流阀塔在地震作用下的抗震性能及限位方案,以某特高压换流站的高端阀厅和阀塔为研究对象,基于缩比理论建立1∶3的缩比模型,开展地震台振动试验,对比了限位措施施加前后阀塔的加速度、最大摆幅及受力状态。结果表明,地震作用下,悬吊阀塔各层加速度较台面输入均存在一定放大,阀塔整体及各层会产生一定的摆动,底层阀塔的加速度及摆副最大,顶部悬吊绝缘子存在受力不均情况;施加限位措施会增加阀塔各层的加速度响应,降低阀塔的摆动幅度;底部限位会导致顶部悬吊绝缘子及底部限位绝缘子承受较大拉力,实际设计时需充分校核。     

特高压直流换流阀减振控制技术及地震响应分析

在地震作用下,特高压直流换流阀可产生巨大的水平位移及竖向加速度,导致阀厅内耦联回路及阀塔自身的破坏。该文提出了通过将阀塔底部与地面拉结,并设置弹簧–阻尼器单元的方法对阀塔的地震响应进行控制。以?800kV特高压直流换流站的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,建立了阀厅–阀塔理论分析模型及有限元模型进行时程分析,分析控制效果并提出了建议参数。结果表明:采用大水平投影长度、中等阻尼、大张力和小刚度的弹簧–阻尼器设计思路的位移控制方案可以有效地减小60%的阀塔的水平位移响应,绝缘子拉力峰值不超过静态时的1.8倍。对于高地震烈度区变电站,若阀塔离地面高度较大,建议采用此种措施进行位移控制。     

高地震烈度地区特高压换流站阀厅电气布置及联接设计

阀厅的电气设计是整个换流站设计的重点和难点,特别是对于高地震烈度地区特高压换流站,需要在常规电气布置和连接方案的基础上进行相应的改进和优化,以适应高地震烈度地区阀厅电气设备抗震的需要。±800 kV新松换流站站址位于8度地震区,电气设备和布置连接按照9度(0. 4 g)设防设计。在分析新松换流阀厅内电气设备抗震计算结果的基础上,对阀厅的电气布置和连接方案进行了优化。在兼顾电气特性和机械特性的基础上,采用水平Z型和垂直Z型管母金具等特殊金具连接方案,对阀厅内部关键电气回路进行了抗震解耦,保证了阀厅内电气设备在地震工况下仍可安全运行。     

±800kV特高压直流换流站阀厅金具的结构特点

±800 kV特高压直流换流站阀厅工程设计中,换流阀与换流变压器及穿墙套管之间采用管型母线连接方式,设备连接需采用特殊的管型母线连接金具。笔者通过对向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电工程换流站阀厅金具的结构介绍,阐述了阀厅金具的整体结构特点,分析了金具的载流量和耐热性、防电晕特性、机械强度的可靠性、外形尺寸以及连接形式等要求。通过实例介绍了5种常用的阀厅金具的结构细节及特点,为哈密南—郑州及溪洛渡—浙江等特高压换流站阀厅金具设计提供参考和借鉴。     

换流站阀厅结构选型与抗震分析

换流站阀厅主要有3种结构形式:混合结构、钢排架结构和混凝土结构。在综合考虑各种因素情况下指出混合结构方案较好,并对其模型进行动力分析。通过简化换流阀计算模型以及假定计算条件,采用结构分析软件分别对换流阀和阀厅模型进行模态分析,得出阀厅自振周期与换流阀相差较大,在水平方向不会引起共振。采用振型分解反映谱法,研究了地震作用下换流阀对阀厅的影响,结果表明在竖向地震作用下,换流阀动力放大系数较大,直接导致屋架承担较大的竖向荷载。     

特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)地震响应分析

为研究特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路的抗震性能,以某特高压换流站550 kV交流滤波器的进线气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)为研究对象,考虑不同类型支架对GIL外壳的约束作用、GIL内部三支柱绝缘子与GIL外壳不同类型连接以及GIL内部导体接头处的滑移等,建立由内导体、三支柱绝缘子、外壳以及支架组成的GIL精细化有限元模型,在三向地震动输入情况下进行时程响应分析,研究GIL-支架体系的地震响应特征及抗震薄弱位置.结果 表明:不同高度处活动支架沿管道轴向的平均加速度放大系数均超过2;八度罕遇地震作用下,GIL内部导体接头处位移超出48 mm限值且外壳平均应力峰值响应超出容许应力值;在九度罕遇地震作用下,GIL内导体平均应力响应超出容许应力值.GIL的抗震薄弱位置为竖向转角处的内导体接头及外壳.在设计时,应重点关注活动支架的动力放大作用,控制GIL内导体接头的位移和外壳的应力响应.     

考虑金具滑移的±800kV特高压管母耦联直流复合支柱绝缘子的抗震性能

为研究特高压直流支柱绝缘子耦联体系在不同地震作用下的动力响应,将可滑移金具模拟为非线性弹簧,采用有限元法进行地震响应分析。获取了多条地震波作用下单体和耦联体系的关键部位的加速度、位移和应力响应数据。对比单体和耦联体系的动态响应,获得了管型母线对复合支柱绝缘子的影响规律。结果表明:与等效单体支柱绝缘子相比,耦联体系的频率有所增加,位移响应表现出较大的随机性,绝缘子顶部的加速度响应明显变大;绝缘子根部应力维持在较低水平,远小于复合绝缘子的极限应力;金具的滑移距离对绝缘子顶部加速度响应影响很大,进行管母线连接设备的抗震设计时,应充分考虑滑移距离对设备的影响。     

基于温升的阀厅连接金具设计方法

为使直流特高压(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流站阀厅连接金具的温升处在合理的范围内,建立合理的基于温升的阀厅连接金具设计方法至关重要。针对阀厅连接金具温升过高现象,通过试验结合理论分析原因,指出了由磁场引起的电流分布不均是阀厅连接金具温升过高的主要原因,提出了基于温升的特高压换流站阀厅连接金具设计方法,运用有限元(finite element method,FEM)的方法对阀厅连接金具的电流分布及温升进行仿真,优化连接金具的关键尺寸,使温升均匀分布。根据相关标准对按所提方法设计的阀厅连接金具进行试验,并和传统金具进行比较,结果表明由所提方法设计的阀厅连接金具温升分布均匀,最大温升明显降低。所提方法对特高压换流站阀厅连接金具的设计具有重要意义,同时也为换流站其他设备及输电线路上设备的设计提供了重要参考。     

特高压换流站高端阀厅动力特性及抗震性能分析

首先对特高压新松换流站高端阀厅及阀组进行了动力特性现场测试及分析,开展了峰值为0.4 g的不同地震波激励下阀厅结构的动力响应计算,分别得到了阀厅关键部位的加速度、位移及应力响应,分析了阀厅在强震作用下的抗震性能。阀厅动力特性测试和模态分析结果较为一致,高端阀厅前3阶频率在2.0～5.0 Hz之间,振型分别是X、Y向平动和X-Y平面为扭转,阀厅结构自振频率与地震卓越频率较为接近,地震作用下极易发生共振。强震作用下阀厅地震响应分析表明:阀厅钢柱顶部、穿墙套管安装位置的加速度动力放大系数较大,结构响应存在一定的扭转效应,但阀厅结构的最大构件应力远没达到材料的屈服应力,全钢结构阀厅整体抗震性能较好。     

HVDC换流阀屏蔽系统表面电场边界元与场域元耦合计算

绝缘子是直流输电换流阀塔的重要组成部分,针对绝缘子的分析对于换流阀塔的设计具有重要意义。文中考虑支柱绝缘子的换流阀屏蔽系统的表面电场分布,提出了基于积分方程的场域元与边界元耦合的计算方法。将场域元法与边界元法耦合,共同模拟考虑支柱绝缘子的换流阀屏蔽系统。通过与二维有限元算法的对比,验证了算法的正确性。建立不同情况下的换流阀屏蔽系统模型,采用耦合算法对其进行分析,得出了考虑绝缘子前后屏蔽系统的电场分布以及绝缘子内部的电场分布,提高了计算精度,拓展了传统边界元算法的应用范围。     

特高压换流站阀厅悬吊阀地震作用研究

利用STAADPRO有限元软件,用反应谱法分析悬吊换流及阀阀厅在地震作用下结构反应。分析表明,在抗震设防烈度小于8度时,悬吊阀体地震作用对主体结构产生的地震力很小,设计时可不考虑;在抗震设防烈度为7度时,若地震加速度为0．15g,则阀体的最大水平位移为213．5mm,相对悬挂点的位移系数为1／70。     

支撑式换流阀塔用支柱复合绝缘子的选型设计北大核心CSCD

绝缘子的选型设计对支撑式换流阀塔至关重要。文中介绍了±535 k V电压等级支柱复合绝缘子的选型设计过程,包括芯体和伞套的成型工艺选择以及绝缘子的外绝缘设计(爬电距离和干弧距离计算)等。将所选型的支柱复合绝缘子用于±535 kV支撑式换流阀塔,通过阀塔整体的耐压试验和抗震仿真,验证了按照此过程所选型的支柱复合绝缘子在绝缘性能和结构强度上可满足使用要求。     

管母连接±800 kV复合支柱绝缘子的抗震性能分析及试验研究

为研究特高压复合支柱绝缘子的抗震性能及管母连接设备地震响应的简化计算方法,对复合支柱绝缘子单体及耦联体系进行了振动台试验,测量绝缘子关键位置的加速度和根部应变,并得到绝缘子顶部位移。结果显示:试验中的复合支柱绝缘子最大应力小于容许应力,满足抗震性能要求。在相同地震输入下,耦联体系中支架的加速度峰值放大系数、顶部位移和根部应变响应相比于支柱绝缘子单体均有所降低。管母连接对于设备的约束作用可简化为线性弹簧,当设备相同或动力特性相近时,耦联体系中的设备响应可采用单体设备的动力响应进行计算校核,且此时的计算结果偏于安全。     

高烈度地震区±500 kV换流站阀厅结构选型分析

混合结构阀厅利用防火墙作为阀厅竖向承重及抗侧力结构的组成部分,具有结构刚度大、结构耗钢量小的优点,但其抗侧力构件平面布置不规则,地震作用下结构扭转效应明显。本文依托±500 kV金官换流站阀厅设计,开展了高烈度地震区±500 kV换流站阀厅结构选型分析工作。通过对混合结构、全钢结构进行静力、动力分析,着重研究对比了其结构刚度、承载能力及抗震性能。研究结果表明,混合结构在地震作用下的扭转反应明显,结构位移比超限,属于特别不规则结构,抗震性能较差。建议高烈度地震区±500 kV换流站阀厅采用全钢结构。     

宝鸡换流站阀厅电气连接及金具设计特点

直流换流站阀厅设备布置、电气连接以及金具设计是保证阀厅电气安全净距,控制电晕及场强,实现换流站安全可靠运行的重要环节。分析了完全采用国产化设备的±500 kV宝鸡换流站阀厅电气设备选型、布置及一次连接的设计特点。在此基础上,根据阀厅内电气连接的特殊要求,详细介绍阀厅内金具的设计方案及特点,并对阀厅电气设计和建设管理经验进行了总结。     

±800 kV换流变与网侧设备的地震响应分析

为探究网侧设备对±800 kV换流变地震响应的影响,以某典型换流变—套管体系为对象,建立其单体有限元模型以及考虑网侧设备连接的耦联模型。网侧套管顶部滑动连接金具采用滑动接触单元进行了模拟,计算分析了地震作用下模型前20阶模态以及套管加速度、位移、应力响应。结果表明:①特高压换流变—套管体系前20阶频率接近地震卓越周期,震中易发生类共振;②网侧设备对换流变阀侧套管地震响应无影响,但会显著放大网侧套管顶部位移响应和根部应力响应;③地震作用下,网侧套管顶部连接金具内部的相对滑移响应显著。因此,应关注升高座对套管地震响应的影响,重点关注网侧设备与换流变之间的耦联效应,控制网侧套管的位移和应力响应。     

±800 kV特高压直流旁路开关地震易损性分析北大核心CSCD

特高压直流旁路开关是换流站中的关键设备,为评估某±800 kV特高压旁路开关的抗震性能,文中建立了旁路开关设备的有限元模型,并对其进行了动力特性和地震响应分析,确定设备抗震薄弱位置和关键响应,采用对数正态分布拟合旁路开关不同损伤状态下的易损性曲线。结果表明,旁路开关设备存在两处薄弱点,即支柱绝缘子根部、旁路开关顶部,相应的破坏模式分别为支柱绝缘子根部强度破坏与旁路开关顶部牵拉破坏。PGA大于0.2g时,旁路开关主要破坏模式为绝缘子根部破坏。支架对旁路开关地震响应有显著的放大作用,应采取措施降低支柱绝缘子根部应力响应及旁路开关顶部位移响应以提高其抗震性能。     

悬吊式滤波电容器单体与耦联状态抗震性能对比分析

高烈度抗震设防地区的换流站中悬吊式滤波电容器耦联状态下的抗震性能对特高压直流换流站正常运行有重要意义。本文以某特高压悬吊式直流滤波器耦联回路为原型,建立悬吊式滤波电容器单体状态和耦联状态的有限元模型并在此进行了地震响应分析。结果表明相比于单体状态,耦联状态下悬吊式滤波电容器各层三向加速度峰值最大值均有减少,内力响应最大值略微提高,各层最大位移偏移图呈现月牙状且耦联体系平面内变化最大。支柱类电气设备对悬吊滤波电容器耦联平面内的侧向刚度有一定的强化,同时耦联状态中悬吊滤波电容器的加速度响应受到1 Hz以下低频波作用更加强烈。支柱类电气设备对电容器水平双向位移响应的放大作用并不剧烈,可不用关注耦联后水平位移响应改变导致的设备间距调整的问题。支柱类电气设备耦联作用对电容器弹性回跳现象的发生起到抑制作用,但导致外侧斜向悬吊绝缘子内力响应剧烈增加,需要提高外侧斜向悬吊绝缘子V型交汇处连接金具的强度。     

不同连接方式下直流场回路支柱绝缘子抗震性能研究

为对比全硬管母连接和分段管母组合六分裂导线连接两种连接方式对直流场回路抗震性能的影响,以某换流站直流场±400 kV回路为研究对象,建立了不同连接条件下该回路的精细化有限元模型,获得了回路支柱绝缘子的地震响应。对不同条件下回路中支柱绝缘子的地震响应进行了对比分析,发现绝缘子的位置和回路的连接方式对绝缘子地震响应有较大影响。进一步得到如下结论:该回路在地震作用下易发生整体扭转,回路两端绝缘子地震响应较中间绝缘子大;全硬管母连接方式下回路整体性好,地震响应可以较好的均分给各个支柱绝缘子,分段管母加六分裂导线连接的回路整体性略差,平行弱轴的回路部分中设备的地震响应有明显增大;非直线布置耦联体系中平行弱轴的回路部分中设备的地震响应较大。