特高压变压器套管抗震性能评估方法研究

特高压变压器是变电站中的关键设备,特高压变压器在地震下的损害会带来较大的经济损失。为评估特高压变压器套管抗震性能,提出适用于特高压变压器套管的抗震试验方法,文中建立了特高压变压器—套管体系整体的精细化有限元模型。对不同状态下的变压器套管抗震性能进行了分析。另外,对套管与变压器本体及升高座的相互作用进行了理论研究。结果表明,变压器本体及升高座与变压器套管间有强烈的相互作用。升高座能显著放大套管的地震响应。现有试验方法因忽略了变压器套管与升高座及器箱壁的动力耦合作用而存在一定的局限性。文中建议在考核变压器套管抗震性能时,带变压器真型升高座及其其周围部分箱壁统一试验,将能取得较好的考核效果。     

±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。     

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。     

±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。     

特高压换流变压器响应谱法抗震仿真计算

特高压换流变压器的抗震性能及最佳算法是困扰变压器行业的重要问题,常规抗震计算静力法虽然简单省时但在模拟实际地震过程上差别较大,因此换流变的抗震响应谱法仿真分析具有重要意义。本文采用AC1050kV/DC400kV换流变,基于IEEE-693抗震标准,建立了特高压换流变的抗震仿真三维模型,在Creo-simulation平台上进行抗震响应谱仿真分析,然后合成三坐标方向的仿真结果 ,最终获得了换流变的振型和在地震作用下的应力分布和位移,其结果为换流变与基础固定的地脚螺栓设计提供了数据支撑,指明了换流变特别是套管升高座部分的基频位于卓越频率范围之内容易引起共振,为换流变的外部结构设计（如油箱,升高座,储油柜支撑,冷却器支撑）提供数值计算结果以便做进一步的结构改进,计算了阀侧套管顶部的最大位移为相关配合设计提供参考。     

±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。     

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。     

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。     

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。     

500 kV变压器地震易损性分析北大核心CSCD

变压器作为电力系统中的关键设备,其在地震作用下的易损性较高。为了对变压器的地震易损性进行评估,文中建立了某500 kV变压器的精细化有限元模型,通过模态及地震响应分析确定了变压器的抗震薄弱位置及关键响应,并以关键响应水平为失效判据,选取30条天然地震动对变压器进行地震易损性分析,采用对数正态分布拟合得到地震易损性曲线。针对变压器抗震薄弱位置,提出基底布置摩擦摆隔震支座的方法对其抗震性能进行提升优化。结果表明:高压套管为设备薄弱位置,关键响应为套管根部弯矩响应和顶部位移响应,相应的设备失效模式以根部强度破坏与顶部牵拉破坏为主,其中由于变压器整体重心偏向A相高压套管,导致其失效概率高于其他相套管。地震作用下,高压套管发生根部强度破坏的概率高于牵拉破坏,在基底布置摩擦摆支座后,套管根部弯矩响应得到大幅降低,并且顶部位移响应增大幅度较小,几乎可以忽略隔震支座对套管顶部位移的放大作用。变压器高压套管具有较高的地震易损性,在抗震提升措施中,建议采取摩擦摆支座基底隔震方法来降低套管的地震易损性。     

地震作用下变压器侧壁套管的理论建模及摆动效应分析

变压器是变电站的重要设备,具有较高的地震易损性。为评估变压器侧壁套管的抗震性能,建立了变压器-套管体系简化计算理论模型,并通过一台220 kV变压器-套管体系振动台试验结果加以验证。分析了侧壁L形升高座根部法兰连接处箱体侧壁的面外摆动效应对套管地震响应的影响,并通过参数分析探讨了其地震响应机理。结果表明:箱体侧壁的摆动效应是侧壁L形升高座顶部加速度放大的主要原因;升高座根部箱体侧壁面外转动刚度以及升高座高长比对该种摆动效应有十分显著的影响。因此,应合理设计变压器箱体侧壁的面外刚度和L形升高座的高长比,降低摆动效应对套管地震响应的影响。     

地震作用下变压器侧壁套管的理论建模及摆动效应分析EI北大核心CSCD

变压器是变电站的重要设备,具有较高的地震易损性。为评估变压器侧壁套管的抗震性能,建立了变压器-套管体系简化计算理论模型,并通过一台220 kV变压器-套管体系振动台试验结果加以验证。分析了侧壁L形升高座根部法兰连接处箱体侧壁的面外摆动效应对套管地震响应的影响,并通过参数分析探讨了其地震响应机理。结果表明:箱体侧壁的摆动效应是侧壁L形升高座顶部加速度放大的主要原因;升高座根部箱体侧壁面外转动刚度以及升高座高长比对该种摆动效应有十分显著的影响。因此,应合理设计变压器箱体侧壁的面外刚度和L形升高座的高长比,降低摆动效应对套管地震响应的影响。     

±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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

±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。     

导电杆预拉力对换流变套管抗震性能的影响北大核心CSCD

特高压换流变压器是换流站的关键设备,套管是影响换流变抗震性能的一个重要组件。为评估换流变套管的抗震性能,建立了±800 kV换流变—套管体系的精细化有限元模型,获得了体系的动力特性和地震响应,研究了套管内部导电杆预拉力对套管动力特性和地震响应的影响。结果表明:当套管内导电杆所受预拉力较小时,结构基本振型表现为导电杆的振动,加大预拉力可有效提升套管自振频率;适当增加导电杆预拉力,可以显著减小地震作用下导电杆与套管内壁的相对位移响应,有利于提高套管电气性能,且对套筒应力响应无明显影响;地震作用下阀侧套管端部的位移响应较大,工程设计中应予以重视,防止出现牵拉破坏或影响电气功能的其他问题。