1100kV气体绝缘封闭开关复合外绝缘套管地震模拟振动台试验研究

为研究复合外绝缘特高压电气设备套管的动力特性及地震响应,采用针对特高压电气设备的试验用时程波首次对1支1100k V气体绝缘封闭开关复合外绝缘套管原型设备进行输入峰值加速度为0.5g的双向地震模拟振动台试验。通过白噪声随机波激励,得到试件的动力特性;通过试验用时程波激励,得到试件在不同峰值加速度地震波作用下关键部位的加速度、应变及位移响应。研究结果表明:试件1阶频率为2.50Hz,阻尼比为0.95%,基本振型为弯曲变形,地震易损性较高;复合套管对输入加速度有放大效应,且在设备1阶频率处放大效应显著,设备顶部加速度较大;在峰值加速度为5m/s~2的试验用时程波作用下,试件未出现结构性破坏,套管根部应力最大值为20.60MPa,结构安全裕度较大;在峰值加速度为5m/s~2的人工波作用下,设备顶端相对位移为126.50mm,电气设计阶段应考虑此位移对连接母线长度的影响。     

1100 kV特高压变压器瓷套管地震作用破坏试验与分析

为了评估某型1 100 kV特高压(UHV)变压器瓷套管的抗震性能及其可能存在的抗震薄弱位置,对该套管进行了地震模拟振动台试验,获得了套管的动力特性及在不同地震动输入工况下的地震响应。试验结果表明,特高压套管自振频率较低,阻尼比小,其自身对地震动有较大的放大作用。在目标峰值人工波激励下,套管铸铝法兰下部连接套筒底板发生破坏,出现沿法兰加劲肋分布的裂缝且发生漏油,其破坏现象与汶川灾害中出现的套管破坏特征一致。发生破坏后,套管基频降低,阻尼比升高。对其破坏现象进行了分析,明确了该型套管的破坏原因。该型特高压变压器套管抗震设计薄弱位置位于其铸铝法兰与加劲肋连接处,应对此处结构进行优化以提高套管抗震性能。     

1100 kV柱式断路器地震模拟振动台试验及数值分析

为研究1 100 kV柱式断路器在地震波作用下的抗震性能,依据特高压电气设备抗震试验方法进行了地震模拟振动台试验并利用有限元软件对结构进行数值分析。通过白噪声扫频及标准时程波地震试验,测定了设备的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应。试验结果表明:在0.4 g地震波作用下的复合支柱套管的最大应力38.58 MPa,低于复合材料的额定机械负荷应力;复合套管的最大应变发生在支柱套管根部,该部位为断路器设备的易损部位;强地震波作用会改变结构的动力特性,结构地震响应呈现明显的非线性特性。依据试验数据得到结构的阻尼变化数值,并赋予数值模型,仿真与试验结果最大误差为10.30%,仿真计算时应考虑结构阻尼随输入地震波强度变化的非线性特性。     

川藏联网工程复合材料电气设备地震模拟振动台试验研究

复合材料电气设备由于其具有质量小强度高的材料特点,已在部分变电站内推广应用,但对于复合材料电气设备的抗震性能,尤其对于其真型设备的地震模拟振动台的试验研究,各国学者研究较少。依托于川藏联网工程,在总结国内外复合材料电气设备抗震研究成果的基础上,结合我国已有电气设备抗震研究成果,开展了适用于复合材料电气设备抗震性能评估方法的研究,确定了复合材料电气设备振动台试验输入波形、波形峰值加速度以及设备抗震能力判定原则,采用此方法对800 kV高抗套管、220 kV GIS外绝缘套管、110 kV及220 kV避雷器分别进行地震模拟振动台试验,得到了设备的动力特性和地震响应。由试验结果可以看出,参与试验的复合材料电气设备应力均满足设计基本加速度为0.4 g的抗震要求。     

1100 kV特高压套管地震模拟振动台试验

特高压套管具有较高的地震易损性,是变压器整体结构抗震性能的薄弱环节,其抗震能力直接影响着特高压变电站整体的抗震设防水准。该研究对1支1 100 k V特高压套管进行地震模拟振动台试验,通过输入白噪声随机波和人工标准时程波,测定套管的动力特性和关键部位的应变、加速度等地震响应。试验结果显示,套管瓷件部分最大应力低于瓷质材料破坏值,但套管金属部位安装法兰发生破坏,不满足设计基本地震加速度为3 m/s2的抗震设防要求。试验结果表明:在重视瓷件部分抗震性能的同时,应采取构造连接措施提高套管金属部件的刚度,从而提高设备整体的抗震性能,保证变电站抗震安全。     

1100kV气体绝缘开关设备瓷套管抗震性能振动台试验研究

为评估某型号1 100 k V特高压(UHV)气体绝缘开关设备(GIS)瓷套管的抗震性能,将其连同支撑筒和支架一起安装在振动台上,开展了特高压气体绝缘开关设备瓷套管模拟地震的振动台试验。试验采用符合特高压标准反应谱的人工波激励该瓷套管,并在试验前后用白噪声对其进行激振,获得了在白噪声和人工波激励下套管关键部位的加速度、应变和位移响应。结果表明:在峰值加速度为0.4g(g表示重力加速度)的人工波作用下,套管没有出现机械性破坏;该型号特高压瓷套管的基本振型为弯曲变形,阻尼比为0.004;支架和支撑筒对套管的加速度放大效应达1.64;从结构抗震的角度,在幅值为0.4g的单向人工波作用下,瓷套管的安全系数为3.0。     

1100kV GIS复合绝缘子套管抗震研究

对1100kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)复合绝缘子套管整体进行0.5g水平加速度地震模拟计算,对套管装配用筒体、支架、复合绝缘子进行强度、频率分析,找出了薄弱部位并优化。经计算和复合绝缘子套管的真型试验,得出1100kV GIS复合绝缘子套管达到国内特高压GIS设备9级烈度抗震标准,为高烈度地震地区的其它特高压产品的设计提供了技术参考。     

1100kV柱式断路器地震模拟振动台抗震试验研究

地震模拟振动台抗震试验是电气设备抗震设计及验证的重要手段之一。以1 100 kV全复合套管柱式断路器为研究对象,依据特高压电气设备抗震试验方法对是否带拉筋或减震器等4种状态开展了地震模拟振动台试验。通过输入白噪声及标准时程波地震试验,可得到断路器的自振频率及关键部位的加速度、应变响应。对比分析4种不同状态下断路器的地震响应特点,掌握了拉筋和减震器对断路器动力特性、抗震性能影响的机理。结果表明:地震作用下4种不同状态下的断路器的最大应变都发生在支架顶部和复合套管根部;断路器地震响应复杂且呈现非线性特性。地震作用下设置拉筋、安装减震器均能有效提升断路器的抗震能力。     

1100kV变压器套管抗震性能

为评估某型号1 100 kV变压器陶瓷套管的抗震性能,对该型套管进行了有限元分析和振动台试验。有限元分析和振动台试验得到了套管的自振频率和振型以及套管在地震波激励下的加速度、应变和位移响应。有限元分析基本预测了套管的动力特性和地震响应。结果表明:该型特高压变压器瓷套管前3阶的模态频率都在地震动的主要频率影响范围内,套管的振型为弯曲变形,阻尼比仅为0.009 8;在单向幅值为0.5g(g为重力加速度)的地震激励下,套管没有出现结构性破坏;套管的加速度响应以第1和2阶模态振动响应为主;套管空气侧瓷套底部的变截面处的抗拉正应变达432με(ε为应变),根部抗拉正应变为120με;套管顶部和底部的位移响应分别达92mm和12 mm;套管法兰处的弯曲刚度发生了较大变化,法兰处的抗弯刚度仅为相邻瓷套抗弯刚度的1/7。     

±800 kV特高压直流穿墙套管抗震性能研究

为评估某工程800 kV特高压直流复合穿墙套管的抗震性能,在有限元软件ABAQUS中建立复合穿墙套管和全钢阀厅的整体模型,并通过计算获得了复合穿墙套管设备在地震作用下的加速度、应力和位移响应。研究发现:穿墙套管底部的阀厅结构对地面运动的加速度峰值有一定的放大作用,放大系数在1.5~3.0之间。复合穿墙套管在0.4 g加速度峰值的地震波作用下其根部应力处于容许应力范围内,但套管顶部的位移达到86~96.7 mm。对于复合穿墙套管设备,应结合支撑结构阀厅的放大作用及复合套管的应力和位移响应综合判定其抗震性能。     

±800 kV支柱复合绝缘子抗震试验研究

为分析复合材料电气设备的结构特点与抗震性能,针对工程应用的2种±800 kV复合支柱绝缘子进行了无支架结构和有支架结构地震模拟振动台试验。通过白噪声和抗震试验,测量了设备关键部位的位移、应变和加速度响应,对比分析了支柱复合绝缘子在有无支架下的地震响应。试验结果表明,支架略降低了试验设备结构一阶频率,增大了设备阻尼比,且对较柔设备影响较小;在0.1~0.4 g地震波激励下,设备的应力和位移响应基本呈线性变化;应力、位移、加速度和谱加速度的动力放大系数均小于1.30,其中加速度峰值的放大系数最大,支架使地震波频谱在高频部分产生放大作用,设备结构频率在地震波频谱曲线上的分布与其支架应力放大系数正相关,支架对设备位移略有放大作用。     

1000 kV电力变压器的抗震性能

为得到特高压电力变压器的地震响应,以特高压工程中常用的1台1000 kV电力变压器为对象,建立了有限元模型。有限元分析得到了1 000 kV变压器的模态特性和地震响应。发现地震作用中电力变压器箱体与侧壁上L形升高座之间有强烈的动力相互作用效应,这种动力相互作用放大了安装在L形升高座上的1 100 kV套管受到的地震作用。为了减小这种动力相互作用影响,用3种方式加固1 000 kV变压器箱体侧壁上的L形升高座,分析比较了不同加固方式对1 000 kV变压器抗震性能的影响。与未加固的变压器相比,安装在加固的L形升高座上的1 100 kV套管基本振动频率最大增大60%,在幅值0.3g标准地震作用下的1 100 kV套管顶部的最大位移和加速度最大分别减小75%和35%,1100kV套管根部的剪力和弯矩响应最大分别减小40%和30%。加固1000kV变压器箱体侧壁上的L形升高座是一种简单有效提高变压器抗震性能的措施。     

不同材料对特高压GIS套管抗震性能的影响研究北大核心CSCD

现有变电站电气设备的套管多采用陶瓷或玻璃钢纤维复合材料制成。为研究不同材料对特高压气体绝缘开关套管抗震性能的影响,根据实际工程所用的套管结构,文中分别建立了特高压气体绝缘开关瓷套管和复合套管有限元模型,探究了其动力特性及地震响应。结果表明,复合套管前两阶自振频率均小于瓷套管,且仅在瓷套管模型中发现了母线支筒顶部产生的局部变形;在相同强度地震动输入下,复合套管的加速度、应力以及顶部相对位移响应均大于瓷套管,两种材料套管均满足抗震设防烈度为8度且设计地震加速度为0.4 g的抗震要求;复合套管的应力安全系数大于瓷套管,表现了较为良好的抗震性能,但在抗震设计时应重点关注复合套管的母线冗余度。     

± 800 kV支柱复合绝缘子抗震试验研究

为分析复合材料电气设备的结构特点与抗震性能,针对工程应用的2种±800 kV复合支柱绝缘子进行了无支架结构和有支架结构地震模拟振动台试验。通过白噪声和抗震试验,测量了设备关键部位的位移、应变和加速度响应,对比分析了支柱复合绝缘子在有无支架下的地震响应。试验结果表明,支架略降低了试验设备结构一阶频率,增大了设备阻尼比,且对较柔设备影响较小;在0.1~0.4 g地震波激励下,设备的应力和位移响应基本呈线性变化;应力、位移、加速度和谱加速度的动力放大系数均小于1.30,其中加速度峰值的放大系数最大,支架使地震波频谱在高频部分产生放大作用,设备结构频率在地震波频谱曲线上的分布与其支架应力放大系数正相关,支架对设备位移略有放大作用。     

110 kV电流互感器振动台试验研究北大核心CSCD

电流互感器是变电站系统中的重要设备之一,在地震中往往容易遭受损坏,其中瓷套管根部断裂是电流互感器破坏的典型特征。目前,学者多采用数值模拟方法分析电流互感器的抗震性能,试验研究开展较少,且很少直接考虑支架的动力放大效应。文中考虑安装支架的动力影响对110 kV电流互感器进行振动台试验研究,测定了设备的自振频率和阻尼比,获得了设备关键部位的加速度和应变响应,基于试验结果进一步建立了电流互感器的地震易损性模型。研究结果表明,电流互感器的抗震性能较强,在1.0g地震输入下可保证结构完好。     

硬管母线连接的1000kV复合外套避雷器和互感器地震模拟振动台试验研究

为研究地震作用下硬管母线连接的特高压复合外套电气设备的地震效应,依据特高压电气设备抗震试验方法进行了硬管母线连接的1000 kV复合外套避雷器和互感器组成的互连结构体系的地震模拟振动台试验.通过白噪声扫频及标准时程波地震试验,测定了设备的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应.试验结果表明:互连结构体系沿管母轴线方向的...     

特高压变电站内110 kV电容器组模型地震模拟振动台试验

为明确110 k V电容器组地震响应规律,提高特高压变电站的地震安全性,首次对特高压变电站内110 k V电容器组模型进行地震模拟振动台试验研究。通过振动台试验的方式,测定电容器组模型的动力特性及地震作用下关键部位的加速度、位移、应变等参数。试验结果显示,试件两水平向1阶频率分别为2.69 Hz、3.39 Hz,处于地震动卓越频率段;试件结构对地震加速度有放大作用,且放大作用与高度呈非线性关系;在目标峰值加速度为0.2g(g=9.8 m/s2)的地震波作用下,试件最大应变出现在底部绝缘子根部,计算得到最大应力为25.10 MPa,低于绝缘子破坏应力。该研究明确110 k V电容器组具有较高地震易损性,抗震关键部位为底部支柱绝缘子,为该类设备的抗震性能研究提供了数据支撑。     

±800 kV换流变压器-套管体系的抗震性能

为研究±800 kV特高压换流变压器抗震性能,依据某工程中的换流变压器,通过精细化有限元分析,计算了该设备在地震作用下关键部位的位移、应力以及加速度响应,分析了其器箱壁、箱壁升高座以及套管升高座对套管的动力特性以及放大系数的影响。结果表明,特高压换流变压器在地震作用下,套管竖向位移响应明显,顶部竖向位移达387 mm。套管根部加速度、位移及顶部位移放大系数存在较大差异,3者比值为1:2.18:0.55。另外,在地震波反应谱平台段内,套管根部加速度放大系数均大于规范推荐值2。箱壁及升高座能降低套管频率,增大其地震响应;套管顶部位移较大,可能造成设备间牵拉破坏;套管应力、加速度及位移放大系数不一致,在单独考核套管抗震性能时应分别考虑。     

1100 kV特高压气体绝缘开关套管-支架体系抗震性能加固试验研究

气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)套管是特高压(ultra-high voltage,UHV)变电站中的重要设备。为提高某型1100 kV特高压GIS套管-支架体系的抗震性能,对该套管原有钢支架梁柱节点进行了加固,并增加了相应斜撑,对加固前后的套管-支架体系进行了振动台试验。结果表明:加固前原支架在不同地震作用下动力特性发生变化,抗震性能不满足相关规范要求。支架对套管地震响应有较大的放大作用,加固后的支架侧向刚度增强,支架顶部加速度反应谱峰值较加固前降低,且主要频率分量升高,与套管基频差异增加,套管-支架体系地震响应较加固前减小。支架对体系抗震性能有较大影响,加固后的支架能显著提高GIS套管-支架体系的抗震性能。     

550 kV油纸电容式套管抗震性能的研究

为研究550 kV油纸电容式套管的抗震性能,文中首先利用静力分析及反应谱分析对其进行了抗震强度计算;其次对550 kV油纸电容式套管进行了振动台试验,测试其地震响应。最后将抗震计算的结果与振动台试验的数据相结合,对套管的抗震性能进行评估,验证了套管抗震计算的有效性。结果表明,该套管可以满足0.3 g加速度的抗震要求,具有足够的安全裕度。文中同时分析了该套管在更高抗震烈度区域的适用性,讨论了通过增加瓷件厚度提高套管抗震性能的方法。