互连高压电气设备抗震设计技术规程详解

以提高电气设备抗震设计水平、保障电气设备在地震作用下的安全性和稳定性为目标,从互连高压电气设备的抗震设计方法、柔性连接导线的设计长度计算公式和推荐的导线形状、硬管母连接设备的管母选择原则和管母与设备间的连接方式等方面,解读互连高压电气设备抗震设计技术规程,为高压电气设备的抗震设计提供重要技术依据,起到良好的推动和指导作用。     

滑动金具对互连高压电气设备抗震性能的影响分析

硬管母连接电气设备结构系统可以有效解决温度变化引起的变形,同时也可以减轻相互连接设备的动力耦合作用。采用具有低周反复滞回特性与耗能能力的滑动金具等方式连接硬管母,对相互连接设备的抗震性能影响较大。文中以某高压直流场回路系统为主要研究对象,简要介绍分析方法,建立有限元模型,并提出具体的仿真分析步骤。通过分析不同连接方式下直流回路系统在常规抗震设计地震工况下的应力,并对关键部位进行强度校核,综合研究了连接方式对高压回路系统的动力特性与抗震性能的影响,得出了有益结论。仿真分析结果可为电力工程设计与抗震加固提供参考。     

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...     

硬管母线连接的1000kV避雷器和电容电压式互感器抗震性能振动台试验

为研究地震作用下硬管母线连接特高压电气设备之间的动力相互作用,进行了由硬管母线连接的1 000 k V避雷器和电容电压式互感器(CVT)组成的互连耦合结构体系的振动台试验。通过白噪声扫频和抗震试验,测定了设备频率以及关键部位的位移、应变和加速度响应。对比分析等效单体设备与互连耦合结构的地震响应,获得了硬管母线对电气设备地震响应的影响规律。结果表明:与等效单体设备相比,互连耦合结构的设备频率、位移和应变响应均有所降低,可采用在单体设备顶端施加配重的方式来等效简化互连耦合结构;由于硬管母线和滑动金具阻尼耗能的影响,高频互感器设备的地震响应降幅较大,其频率和应变响应的降幅均为21%。互连耦合结构在双向激励下的设备地震响应与单向激励时相比有所放大,放大倍数在1.19~1.22之间。     

特高压电气设备抗震试验共振拍波适用性及合理地震动输入研究

为研究地震动输入共振拍波的频率与特高压电气设备频率不一致时对设备抗震性能评估结果产生的影响,通过理论分析与数值仿真,分析了共振拍波在特高压电气设备抗震试验中的局限性和不足之处。研究结果表明,特高压电气设备在地震作用下具有较强的非线性特征,试验过程中设备基频变化比较明显,选用共振拍波已不能达到与设备共振的目的。结合特高压电气设备的特点,提出了适用于特高压电气设备抗震试验的地震加速度反应谱,该反应谱的地震动力放大系数为2.5、特征周期为0.9 s,具有广泛的场地包络性,研究成果为特高压电气设备的抗震试验提供了依据。     

互联特高压设备抗震有限元模型的建立与验证研究

确定连接硬管母线滑动金具的恢复力特性参数及考虑刚度的软母线位形函数是建立互联特高压电气设备抗震有限元模型关键因素。文中通过拟静力试验确定了管母线滑动金具的起滑力、起滑刚度、附加阻尼比等恢复力参数;同时通过对软母线的受力分析,推导了考虑刚度的软母线位形函数;从而在此基础上建立了互联特高压设备的抗震有限元模型。有限元分析结果表明:互联特高压电气设备计算结果与试验结果非常接近,从而验证了该有限元模型的正确性。文中的研究成果为建立互联特高压电气设备有限元模型提供了一定的理论及试验依据。     

全户内变电站楼面电气设备抗震设计方法

全户内变电站作为电力系统的关键节点,其楼面布置的电气设备在地震作用下保持良好的抗震性能至关重要。该文对4座全户内变电站主控楼及楼面电气设备进行了精细化的有限元建模,分别进行了动力特性分析和100组地震动输入下的时程响应分析,采用数理统计和线性拟合的方式得到了适用于全户内变电站的楼面设计反应谱。研究结果表明:主控楼结构2层楼面峰值加速度放大系数平均值为1.35,屋面峰值加速度放大系数平均值为2.47;当楼面电气设备基本周期与主控楼结构基本周期比值在0.9～1.1区间时,平均楼面谱加速度放大系数达峰值4.80;楼面设计反应谱与电气设备的重要性类别、楼层位置、阻尼比和主控楼结构扭转效应4个主要影响因素有关。建议对全户内变电站楼面电气设备进行抗震设计时采用该文推荐的楼面反应谱抗震设计方法。     

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。     

地震作用下断路器动力时程分析及阻尼效应研究

结合我国现行电力设施抗震设计规范(GB50260—96)、高压开关抗震试验标准(GB/T13549—92)及国际标准(IEEEStd693—2005),对电气设备的抗震分析与设计进行了讨论,提出了有关电气设备抗震设计中的一些关键问题,比如说动力时程分析中的地震动输入、支架动力放大系数、抗震设防等级等。首先采用ANSYS软件,以一220kV瓷柱型SF6断路器为研究对象,建立其有限元模型,开展了三类地震输入下的动力时程分析,详细介绍了电气设备动力时程分析方法。并通过对断路器关键节点和部位的位移、加速度及应力等参数的分析,得到了有关支架动力放大系数、支架设计、地震动输入、设备抗震能力等方面的一些结论;其次,通过调整断路器支架体系阻尼比的参数分析,得到了三类地震输入下的阻尼比对断路器地震响应的一些规律,适当提高设备体系的阻尼比,可显著提高设备的抗震能力。上述分析与研究对对改进高压电气设备抗震设计有一定的借鉴意义,对修订我国高压电气设备的抗震设计规范和制定相关标准有参考意义。     

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。     

特高压新松换流站直流场设备抗震设计及能力考核

新松换流站是目前世界上海拔最高、抗震设防要求最高的特高压换流站,直流场设备抗震设计与考核是整个换流站抗震设计核心内容。首先介绍了直流场设备抗震解耦设计的基本思路,分析了直流场主要设备的结构特征和抗震薄弱环节,对直流场极线设备分成了若干较为独立的耦联回路;其次,提出了换流站直流场设备的抗震设防水平及主要的地震动参数。通过采取选用复合材料、优化支架及设备结构、创新设备连接导体及金具、采用隔震减震等抗震新技术,可有效改善换流站直流场主要电气设备的抗震性能。通过开展特高压单体电气设备的抗震计算和地震模拟振动台试验,考核结果表明,新松换流站主要特高压电气设备具备承受峰值为400 Gal确定性场地波强震作用下的抗震能力。相关研究及应用对今后类似地震高烈度地区换流站抗震设计提供了有效的解决方案。     

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。     

地震作用下海上风电联接变压器动力模型试验北大核心CSCD

海上风电联接变压器作为海上风电场的主要设备,其抗震安全性关系到海上风电场的平稳运行。针对海洋平台—附属电气设备在地震作用下的动力传递过程及楼层反应谱研究,以及电气设备的动力响应特性和自身薄弱部位研究,开展了变压器1∶10模型比尺的振动台模型试验研究;模型试验与数值仿真分析结果的对比表明,海洋平台的动力特性会显著影响传递至设备底部的地震加速度的低频部分;结构的应力薄弱部位发生在储油柜下方支架处。基于弹性相似的振动台缩尺模型试验可以反映原型结构的地震动响应特性,为附属设备的抗震反应谱研究提供依据,可以直接展示抗震薄弱环节。     

考虑地震作用的互联高压电气设备软母线松弛度研究

母线连接会影响互连电气设备的动力特性,并可能在地震作用时加重互连设备的震害。该文研究了用于连接互联高压电气设备的软母线的力学特性,并提出了一种考虑地震影响的软母线长度计算方法。通过ANSYS/LS DYNA软件建立与试验结果吻合的软母线有限元模型,将互连设备简化为双自由度–母线系统,以满足IEEE 693设计谱要求的人造地震动作为标准输入,根据规范最大许用拉力来计算软母线所需的长度。选取了不同场地类型的14条天然地震动记录,对两组典型互连电气设备进行了动力时程分析,验证了该母线长度计算方法的有效性。     

±800 kV特高压直流穿墙套管地震模拟振动台试验研究

特高压直流穿墙套管是换流站中的重要设备。为评估特高压穿墙套管的抗震性能及地震作用下的响应特征,对±800 k V足尺仿真穿墙套管模型进行了地震模拟振动台试验研究。通过白噪声扫频试验获得了套管的动力特性。通过不同地震动输入,研究了穿墙套管在不同地震动和加速度峰值输入下的响应,获得了穿墙套管关键位置的位移、应变及加速度响应。结果表明,在目标峰值地震动作用下,穿墙套管顶端位移及根部应力较大,外套筒与中间导电杆间的相对位移也较大。在对特高压换流站穿墙套管进行抗震设计时,应注意与之相连的母线冗余度以减小母线对套管的牵拉作用,采取措施提高穿墙套管的应力安全系数,优化套管内部结构以限制其导电杆与外套筒的相对位移。     

瓷柱型电气设备的MTMD减震方法试验研究

瓷柱型电气设备(PCEE)是电力系统的重要组成部分,其抗震能力较差,现有PCEE减震措施均不能充分保证该类设备在地震发生时的安全运行。为解决此问题,提出了将多重调谐质量阻尼器(MTMD)用于增强PCEE的抗震性能。对某一型号的电流互感器设计了三重调谐质量阻尼器(Triple-TMD)减震装置并推导了Triple-TMD的减震控制方程;通过有限元模拟及振动台试验,对比了不同类型及不同加速度峰值地震动作用下设备减振前后的动力响应;通过一种简化的方法考虑了导线及裹冰荷载等因素对Triple-TMD减震效率的影响。有限元及振动台试验结果均表明:Triple-TMD明显增强了PCEE的抗震能力,峰值地面加速度(PGA)为0.5g时,约占设备质量4%的Triple-TMD平均可以将设备瓷套管根部的峰值应力降至无控时的70%;不同类型及不同加速度峰值的地震动作用时,Triple-TMD均能实现减震并体现足够的安全裕度;当Triple-TMD控制频率与被控设备的自振频率之间发生50%时,Triple-TMD仍然能够保持一定的减震效果。     

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。     

特高压瓷套避雷器标准化抗震性能优化

特高压瓷套避雷器是变电站中重要的电气设备,对其基于抗震性能的标准化研究,对于提高设备抵御地震灾害能力与保障工程建设周期具有重要意义。在满足电气设备绝缘要求与厂家实际生产能力的基础上,提出了特高压瓷套避雷器抗震优化设计原则,并采用理论分析方法进行了多方案数值仿真计算,提出了较为合理的瓷套结构参数,最后针对国内主要特高压避雷器厂家产品进行了地震模拟振动台试验,验证了试验设备均可满足地震动峰值加速度0.3g抗震设防要求。研究成果确定了特高压避雷器瓷套标准化结构参数,提高了特高压避雷器抗震能力,也为其他特高压电气设备抗震优化研究提供了技术方向,最终为特高压变电站工程建设以及抗震安全性提供了有力保障。     

1100 kV复合外绝缘套管地震模拟振动台试验研究

为研究用于特高压变电站的1 100 kV复合外绝缘套管的抗震性能,对1支真型套管进行地震模拟振动台试验。通过输入白噪声随机波和标准时程波,得到试件的动力特性和在峰值加速度分别为0.15g、0.6g和0.8g地震作用下关键部位的加速度、应变和位移响应。试验结果显示,1 100 kV复合外绝缘套管1阶频率为1.68 Hz,阻尼比为4.20%;随着加速度等级的提高,试件力学性能呈现非线性特征;在设计基本地震加速度为0.8g的标准时程波作用下,套管复合部件强度满足抗震要求,但套管连接套筒与下瓷件连接处密封圈边缘被挤出,频率降低,阻尼比升高。试验结果表明,套管连接部件为抗震性能薄弱环节,应在设计阶段增强连接部位的结构强度,从而提高设备整体的抗震性能。     

安装剪切型铅减震器的特高压标准化避雷器地震模拟振动台试验

为提高特高压瓷质避雷器地震安全性,首先基于结构抗震优化方法,提出了特高压避雷器标准化瓷套结构设计方案,抗震安全系数由原结构在0.2g(g=9.81 m/s~2)水平地震动加速度试验得到的1.68提高至新结构在0.3g水平地震动加速度试验得到的1.73。然后基于剪切型铅减震装置性能参数,对特高压标准化瓷套避雷器进行了减震仿真分析。最后依据仿真分析结果确定的减震器型号,进行了安装减震器的特高压标准化瓷套避雷器地震模拟振动台试验,白噪声试验中减震结构相较于非减震结构基频降低了2.76%~4.15%,在水平地震动加速度0.4g和0.5g试验中地震安全系数分别为2.15和1.86。试验结果表明:特高压避雷器抗震性能提升可综合考虑结构优化与减震设计方法,且剪切型铅减震器的安装在正常使用情况下基本不对电气设备整体刚度产生影响。研究结果可为变电站电气设备抗震设计和试验提供参考。