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。     

特高压直流穿墙套管–阀厅体系地震响应及抗震性能提升措施

为评估阀厅对特高压(UHV)直流穿墙套管地震响应的影响,以及对穿墙套管–阀厅体系抗震性能进行优化,建立了特高压直流穿墙套管–阀厅体系的有限元模型,获取了体系在地震激励下的响应特征;建立了穿墙套管–阀厅体系的振动力学模型,分析了不同振动分量对穿墙套管地震响应的影响。结果表明:阀厅结构对穿墙套管地震响应有较大的放大作用,阀厅山墙侧向振动对套管地震响应的影响显著。对阀厅结构进行了加固后,套管地震响应减小。对阀厅侧向刚度的增强能显著改善特高压穿墙套管–阀厅体系的抗震性能。     

±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。     

±1200 kV特高压直流穿墙套管抗震性能分析北大核心CSCD

为评估特高压穿墙套管的抗震性能,建立了某型1200 kV特高压穿墙套管仿真模型,针对该模型进行了动力特性分析,并通过时程计算方法获取地震下穿墙套管的加速度、位移及应力响应,分析其加速度放大系数以及根部应力峰值。基于结构地震响应研究了谱放大系数曲线及其峰值影响因素,进一步分析了法兰加劲肋和安装板厚度对地震响应的影响。研究表明:在地震波反应谱平台段内,穿墙套管顶部加速度存在明显放大效应,轴向谱加速度放大系数峰值出现在安装板面外变形模态频率附近。法兰加劲肋的设置可有效降低穿墙套管轴向加速度峰值,并减小安装板和法兰根部的应力峰值。随着安装板厚度的增加,穿墙套管轴向加速度峰值和安装板的应力峰值均减小,且随着板厚越大降低幅度逐渐平缓。     

特高压电抗器-套管体系抗震性能及本体动力放大作用计算方法研究

电抗器是重要的变电站设备,在地震中会遭受各种形式的破坏,其中瓷质套管的损坏尤为常见。该文通过特高压电抗器-瓷质套管体系缩比模型振动台试验,研究了其在不同地震波输入时套管的地震响应,分别得到了不同工况下套管的加速度响应、位移响应和应变响应,分析了套管加速度峰值放大系数、位移峰值和应变峰值,评价了其抗震性能。建立了与试验相一致的数值仿真分析模型,通过频率、套管根部应力和套管顶端相对位移的比较,验证了数值分析模型的有效性,同时分析了特高压原型电抗器的抗震性能。之后对特高压电抗器-套管体系本体地震动力放大作用展开研究,提出以应力峰值为参量的本体对套管地震动力放大作用的放大系数计算方法。     

±800 kV滇西北特高压直流工程穿墙套管抗震性能研究

在高海拔、高地震烈度地区,良好的抗震性能是特高压直流穿墙管研制和运行的关键。针对滇西北特高压直流工程送端新松换流站9度地震烈度设防要求,为解决穿墙套管的抗震性能难题,评估穿墙套管的抗震性能,建立了新松站±800 kV穿墙套管及阀厅的有限元模型并进行地震响应分析。仿真结果发现设备应力响应较大,为增加应力安全裕度,提高设备抗震可靠性,提出了在穿墙套管根部布置金属摩擦阻尼器的减震方案,以提高套管整体抗震性能。同时根据仿真计算结果设计和研制了开展振动台试验所用的套管支架,对工程供货直流穿墙套管真型设备开展振动台试验研究,对比安装阻尼装置前后的直流穿墙套管地震响应发现:该方案可有效降低穿墙套管的地震响应,其最大应力和最大相对位移分别下降39.2%和71.3%,应力安全系数由1.53提高至2.52,显著提升了直流穿墙套管的抗震性能,满足滇西北工程抗震技术要求。     

± 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。     

±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。     

±800kV穿墙套管的地震响应与振动控制

特高压直流穿墙套管是换流站的重要设备,地震易损性高。本文为评估穿墙套管的抗震性能,首先建立了±800kV穿墙套管有限元模型并进行了地震响应分析,针对其响应过大不满足工程要求的问题,提出了在穿墙套管根部布置金属摩擦阻尼器的减震方案,并对带有减震阻尼器的穿墙套管进行了地震响应分析,对比了未安装和安装阻尼器的穿墙套管在地震下的响应。分析结果表明:安装金属摩擦阻尼器能有效降低穿墙套管顶部加速度和根部应力,顶部加速度响应平均减小了34%,根部应力平均降低了54%,振动控制效果明显。减震后的穿墙套管可满足抗震设计要求,故增设阻尼器可大幅度提高穿墙套管的抗震性能。     

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。     

±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。     

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。     

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。     

?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。     

±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。     

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。     

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。     

363 kV阀侧断路器研制的关键技术问题探究北大核心CSCD

以363 kV阀侧断路器为研究对象,建立三维简化模型,并综合考虑静载荷、风载荷及覆冰载荷等组合工况的条件下,对363 kV阀侧断路器整机进行静力学分析,得到整机零部件应力及变形分布情况,其中支柱复合套管根部最大应力为70.928 MPa,小于材料屈服强度。其次对363 k V阀侧断路器灭弧室关键件进行优化设计,并进行静电场和动态电场仿真分析,电场强度最大值降低了9.86%。然后设计真型抗震性能试验,获得了其自振频率及应变响应、加速度响应曲线,由测量点数据计算的支柱复合套管最小安全系数为1.97,且产品外观良好。因此,363 kV阀侧断路器通过了0.4g工况下的抗震力学性能试验,并通过了电气及机械性能试验检验,验证了整机结构设计的合理性,为支柱套管结构优化和导电结构的设计奠定基础。