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。     

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。     

±800 kV特高压换流阀塔——厅整体抗震性能分析

换流阀塔通常采用悬挂在换流站的阀厅的安装方式,在地震作用下往往导致较大的水平位移,换流阀塔之间的连接以及阀塔-阀厅相互作用的机理需深入研究。文中以±800 kV特高压直流换流站的换流阀厅及6组阀塔为研究对象,考虑阀塔与相连接的支柱绝缘子的金具连接特性,建立了阀塔—厅及阀厅耦联回路有限元模型并进行了不同地震动输入下的时程响应分析。研究表明:换流站阀厅结构在其基频附近对地面运动输入有明显的放大作用,且换流阀塔位移响应较大。采用具有较大变形能力的柔性管母线及金具,可以避免在地震作用下阀塔与相连的支柱绝缘子的牵拉作用。在换流阀抗震设计时应考虑阀厅的放大作用,阀塔与相邻设备的连接应选用具有大变形能力的金具,以改善其抗震性能。     

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。     

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。     

高烈度地区特高压换流站高端阀厅抗震分析

研究高烈度设防地区高端阀厅结构的动力特性,对全钢、混合阀厅两种完全不同结构进行抗震分析,通过反应谱及时程分析获得两种结构型式有阀、无阀模型的抗震性能。分析阀厅结构模态、结构规则性、底部反力、阀塔位移、阀塔加速度、阀塔吊杆应力,多方面对阀厅结构进行评价,全钢结构阀厅抗震性能优于混合结构。对于高地震烈度换流站高端阀厅,推荐采用全钢结构。     

柔性直流换流站阀厅智能辅助综合监控系统设计

通过分析研究柔性直流换流站辅助综合监控系统设计技术,提出一种实现远程监视柔性直流换流站布置IGBT换流阀阀塔系统阀厅的智能辅助综合监控系统技术,以提高换流站阀厅辅助综合监控水平,保障换流阀安全、稳定和可靠运行。     

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。     

有限元分析在特高压换流阀抗震设计中的应用

建立换流阀有限元模型建立,运用有限元分析方法对云广工程换流阀进行模态分析,结果表明：采用悬吊结构设计的换流阀在地面水平加速度峰值0．25g,地面垂直加速度峰值0．15g的地震波作用下是安全可靠的,云广工程换流阀设计满足抗地震要求。     

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。     

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。     

柔性直流背靠背换流站阀厅电气设备布置设计

柔性直流背靠背换流站换流站的阀厅电气设备布置是换流站布置设计的核心内容。阀厅布置尺寸主要由换流阀布置尺寸、换流阀交流侧进线、直流侧设备布置接线、空气净距、施工吊装空间、检修维护通道等因素决定。阀厅内换流阀塔的布置有同相上下桥臂相邻布置(AABBCC排列)和同极桥臂三相相邻布置(ABCABC排列)两种方式,换流阀塔的布置方式将直接影响阀厅内其他区域各电气设备的布置尺寸。工程设计时可根据空气净距取值,通过技术分析比较来优化阀厅布置设计。     

有限元分析在特高压换流阀塔结构抗震设计中的应用

悬吊式阀塔抗震特性是换流阀可靠性设计中必须考虑的关键问题,对换流阀运行可靠性有着至关重要的影响。应用Ansys Workbench建立阀塔有限元模型,分别进行静力分析、模态分析、地震响应谱分析。通过对阀塔组件材料的强度校核,得出文中所提出的阀塔强度满足抗震设计要求的结论。为换流阀塔结构的抗震设计提供了完整的解决思路。     

±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。     

换流站阀厅悬吊阀地震作用研究

阀体是换流站阀厅内的主要悬吊荷载,利用staadpro有限元软件,用反应谱法分析悬吊阀体在地震作用下的结构反应特点,并与简化设计模型对比。分析表明,悬吊阀体对阀厅整体结构的抗震影响有利,但程度较小。由于悬吊阀体有6组,每组阀体又有多个单元模块,在地震作用时阀体的振动形式很多,悬吊阀与整体结构在地震作用时的相互影响很复杂,有待进一步研究。     

不同结构型式直流滤波器回路抗震性能对比分析

不同结构型式的特高压直流滤波器耦联回路中滤波电容在地震作用下地震响应特征相差较大,其抗震性能需要进行深入研究。文中以某特高压悬吊式直流滤波电容器和支撑式直流滤波电容器为原型结构,建立了两类特高压直流滤波器耦联回路有限元模型,从位移、内力和加速度3个方面对比了三向地震作用下两类回路中滤波电容器抗震性能。结果表明:在顶层高压管母线连接处悬吊式滤波电容器的水平双向合位移比支撑式大,且悬吊式加速度响应峰值多集中在底层而支撑式多集中在顶层。悬吊式滤波电容器内力安全系数满足规范建议值且富余度较大,在水平方向整体具有更高的位移响应且呈现悬索张拉状特点,底层悬吊绝缘子会出现弹性回跳现象,为其抗震设计薄弱位置;支撑式滤波电容器内力安全系数超出规范建议值,在水平方向整体具有较低的位移响应且呈现悬臂支柱状特点,底层的支柱绝缘子根部应力最大,对材料强度有较高的要求,是抗震设计的薄弱位置。     

高压直流换流站换流阀电磁干扰的测量

针对目前缺乏国内换流站阀厅电磁骚扰特性的研究,高压换流站阀厅电磁屏蔽效能的设计缺乏依据的问题,采用环状天线、双锥天线、对数周期天线和ESCI无线电干扰接收机,在国内4个典型换流站实测了换流阀的电磁干扰。测量结果表明:在阀厅内距墙壁1m处150kHz～1GHz频段的电磁干扰水平最大值范围为102～105dB(基准1μV/m,下同);在9～150kHz的低频段换流阀厅内距墙壁1m处的电磁干扰最大值为140dB。测量分析指出,换流阀所发出的电磁干扰水平随频率的增高衰减很快,最主要的高幅值场强出现在低频段特别是<1MHz,频率>10MHz的电磁干扰水平基本<60dB,而且在频率>10MHz以后的干扰水平与换流阀停运后的背景噪声水平基本一致。换流阀所发出的电磁干扰水平与换流阀输送功率没有明显的相关性。     

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特高压直流滤波电容器抗震性能分析

为评估±800 kV特高压直流滤波电容器抗震性能并对其进行抗震优化,本文建立了特高压直流滤波电容器的精细化非线性有限元模型,利用时程计算方法获得了滤波电容器在地震下的响应。针对某±800 kV特高压直流滤波电容器,计算发现其在地震作用下具有较强的非线性,结构频率低,位移较大且在设防地震下悬吊绝缘子强度安全系数不满足相关规范要求。通过对底层绝缘子预张拉力及张拉角度进行参数分析,发现增大预张拉力可以减小结构位移响应;增大底层绝缘子张拉放脚可以减小滤波电容器的轴力响应。当底层绝缘子张拉角度为80°,预张拉力为40 kN时,采用额定拉伸荷载不小于536 kN的悬吊绝缘子,可使该型滤波电容器满足设防地震要求。     

特高压换流站高压换流变及防火墙上设备减隔震分析研究北大核心CSCD

高端换流变及防火墙区域作为特高压换流站重要的电气功能区域,具有设备跨度大,结构高耸,抗震性能要求高等特点。以西南地区某±800 kV换流站为研究对象,首先结合模态分析研究了高端换流变及防火墙上电气设备抗震薄弱环节,然后对±800 kV换流变及防火墙上的±500 kV避雷器、互感器、绝缘子等设备进行抗震分析,得到设备应力、位移等响应。分别对高压换流变及防火墙上电气设备进行了隔震设计及减震设计,最后开展了9度设防地震作用下各设备结构整体的地震响应计算,对比分析了隔震、减震前后各电气设备套管关键部位的应力、位移响应。结果显示:原电气结构,采用隔震、减震设计的换流变套管及防火墙上电气设备的应力大幅度减小,隔震及减震设计显著提高了整体结构的抗震性能。