±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。     

±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。     

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。     

±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。     

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。     

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。     

仿真变压器套管体系振动台试验研究

变压器是变电系统中的核心设备,在历次地震中的损坏极其严重,其中瓷质套管根部断裂是其典型破坏特征。采用仿真变压器-套管体系进行振动台试验研究,通过白噪声扫频和抗震试验,测定箱体和套管关键部位的位移、应变和加速度,从而分析升高座结构型式和套管法兰对套管响应的影响。结果表明,箱体侧壁(顶盖)的面外变形和套管法兰的转动引起了套管的整体摆动,从而导致套管响应放大;套管根部加速度响应的放大系数比规范中指定参数偏大。     

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。     

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。     

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。     

±800 kV干式平波电抗器抗震性能分析

为了研究平波电抗器在地震下的动力响应以及设备耦联对地震响应的影响,文中采用Abaqus有限元软件对一典型±800 kV干式平波电抗器进行仿真模拟和模态分析,选取符合场地需求谱的三组地震波进行了地震响应计算,分析电抗器本体顶部加速度峰值、顶部相对位移峰值以及下部支撑绝缘子的根部应力峰值。重新建立双电抗器“T”型耦联模型,采用同样的地震波输入并提取地震响应峰值与单体响应结果对比,研究了耦联对电抗器地震响应的影响。研究发现在0.2 g地震波下,电抗器本体顶部加速度峰值均值达到2.34 m/s^(2),顶部相对地面的位移最大达到152.97 mm,根部应力峰值均值为22.88 MPa。耦联后电抗器本体顶部两个水平方向加速度峰值均有所降低,在耦联方向上顶部相对地面位移有所降低,而垂直于耦联方向的水平方向上的相对地面位移反而有所提高,耦联对电抗器支撑绝缘子根部应力峰值影响不大。工程中可采用各类减震隔震措施对电抗器特定方向的动力响应进行控制,以保证电抗器在地震下的结构安全。     

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。     

我国西南山区输电线路场地地震效应

西南山区大部分为具覆盖层下伏基岩场地,并且地势陡峻。在其输电线路工程中,场地在地震作用下的稳定性对上部杆塔结构的安全影响较为明显。目前对于不同场地条件对地震动的影响有一定的研究,但针对西南山区陡坡地形,特别是具基岩场地中基岩强度对场地地震效应的研究还较少。以西南山区某典型输电线路场地为研究对象,采用FLAC3D数值分析软件,运用时程分析方法,分析场地地震峰值加速度放大系数、场地永久位移随覆盖层厚度和基岩强度的变化特征,探讨西南山区不同场地地基条件的地震效应。研究表明：随着覆盖层厚度的增加,场地峰值加速度放大系数逐渐减小、永久位移逐渐增大;随着基岩强度的增大,场地水平峰值加速度放大系数逐渐减小,竖向峰值加速度放大系数逐渐增大、永久位移逐渐减小。     

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。     

±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。     

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。