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。     

GIS抗震性能仿真分析研究

以实体结构为原型建立某363 kV GIS(气体绝缘开关设备)的有限元模型,使用ANSYS Workbench软件并根据GB/T 13540—2009规范中响应频谱对该GIS进行了抗震分析,得出地震载荷组合工况下的仿真计算结果。对比分析套管支架结构降本增效(以下简称"降本")前整体GIS结构与套管支架结构降本后整体GIS结构的振动特性,得出套管支架结构降本前及降本后整体GIS的动力响应。结果表明:降本前与降本后的GIS结构均满足AG5(0.5 g)抗震水平要求,瓷套管顶部会产生较大位移,结构重心位置降低能提高整体结构固有频率,降低结构各主要部件应力值。套管支架应力降本前为220.4 MPa,降本后为195.02 MPa,降本后支架满足强度要求,有利于GIS长期安全运行。     

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。     

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。     

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。     

±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。     

1100kV GIS复合绝缘子套管抗震研究

对1100kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)复合绝缘子套管整体进行0.5g水平加速度地震模拟计算,对套管装配用筒体、支架、复合绝缘子进行强度、频率分析,找出了薄弱部位并优化。经计算和复合绝缘子套管的真型试验,得出1100kV GIS复合绝缘子套管达到国内特高压GIS设备9级烈度抗震标准,为高烈度地震地区的其它特高压产品的设计提供了技术参考。     

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。     

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。     

±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。     

换流变阀侧套管振动台试验支架优化设计北大核心CSCD

套管的振动台试验是研究套管抗震性能的有力手段,试验支架对套管的地震响应评估有着重要影响。为更准确地通过振动台试验评估某换流变阀侧套管的抗震性能,建立该套管的Abaqus有限元模型,并根据厂家所推荐的原始试验支架建立套管—支架体系,并研究其动力特性、支架加速度放大系数以及对振动台产生的倾覆力矩。考虑试验前的支架改造工作便利性提出了3种优化方案,并分别对比套管—支架体系的动力特性以及地震响应峰值,综合考虑多方因素确定了最优改造方案。结果表明:原试验支架1阶频率为54.16 Hz,满足相关规范对试验支架的统一规定,对所提出的3种优化方案,分别从动力特性、支架加速度放大系数以及倾覆力矩进行对比,综合考虑三者确定了改进支架的最优方案是在连接套筒段的斜板和竖板之间增加若干支撑。对于在高地震强度下进行的换流变阀侧套管振动台试验,支架设计应当考虑多方因素以保证既能准确评估套管抗震性能,又能满足振动台的安全要求。     

±800 kV特高压换流变压器-套管体系地震失效风险评估北大核心CSCD

变压器—套管体系作为电力系统中重要的一环,在地震中受损较严重。为探究变压器—套管体系的地震易损性和地震失效风险,建立某±800 kV特高压换流变压器—套管体系有限元模型,对其进行不确定性分析和易损性分析,并评估该体系的地震失效风险。结果表明:各类不确定性对套管动力响应均有一定影响,其中认知偏差不确定性对体系动力响应影响较大。体系地震失效风险与场地因素有关,地震危险性低的区域,地震失效风险有可能较高。在进行换流变设备抗震设计时,建议考虑多重不确定性对变电站设备的地震易损性和地震失效风险的影响。     

1100kV柱式断路器地震模拟振动台抗震试验研究

地震模拟振动台抗震试验是电气设备抗震设计及验证的重要手段之一。以1 100 kV全复合套管柱式断路器为研究对象,依据特高压电气设备抗震试验方法对是否带拉筋或减震器等4种状态开展了地震模拟振动台试验。通过输入白噪声及标准时程波地震试验,可得到断路器的自振频率及关键部位的加速度、应变响应。对比分析4种不同状态下断路器的地震响应特点,掌握了拉筋和减震器对断路器动力特性、抗震性能影响的机理。结果表明:地震作用下4种不同状态下的断路器的最大应变都发生在支架顶部和复合套管根部;断路器地震响应复杂且呈现非线性特性。地震作用下设置拉筋、安装减震器均能有效提升断路器的抗震能力。     

考虑材料不确定性的特高压GIS瓷套管地震易损性研究北大核心CSCD

为更准确地评估材料不确定性对电气设备地震易损性的影响,以某型特高压气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)瓷套管为例,建立经过振动台试验验证的套管有限元模型,在考虑地震动不确定性的同时对材料参数随机变量进行抽样,开展地震易损性分析。对比考虑材料不确定性前后特高压GIS瓷套管地震易损性,探究材料不确定性对电气设备抗震性能与地震易损性的影响。结果表明:引入材料不确定性后特高压GIS瓷套管的地震易损性将发生小幅度改变,并且离散程度增大。在地震易损性分析过程中,地震动不确定性对套管破坏概率的影响远大于材料离散性对破坏概率的影响。从结果而言,仅考虑地震动不确定性的地震易损性分析结果已经可以满足工程应用需求。     

±800kV特高压直流隔离开关抗震性能分析

特高压三柱型直流隔离开关是换流站中的重要设备,目前对其抗震性能的研究较少。为评估特高压隔离开关的抗震性能,依据某±800 k V特高压工程中的直流隔离开关,通过精细化有限元分析,计算该设备关键部位的位移、应力及加速度,并分析支架型式及其连梁和隔离开关刀闸机构对隔离开关地震响应的影响。计算结果表明,采用复合材料的设备在地震动作用下,其顶部位移较大,使用管母线以及冗余度较小的软母线连接时,母线对设备可能存在牵拉作用。支架连梁及刀闸机构对设备的刚度影响显著。     

考虑材料不确定性的特高压GIS瓷套管地震易损性研究

为更准确地评估材料不确定性对电气设备地震易损性的影响,以某型特高压气体绝缘开关（gas insulated switchgear,GIS）瓷套管为例,建立经过振动台试验验证的套管有限元模型,在考虑地震动不确定性的同时对材料参数随机变量进行抽样,开展地震易损性分析。对比考虑材料不确定性前后特高压GIS瓷套管地震易损性,探究材料不确定性对电气设备抗震性能与地震易损性的影响。结果表明：引入材料不确定性后特高压GIS瓷套管的地震易损性将发生小幅度改变,并且离散程度增大。在地震易损性分析过程中,地震动不确定性对套管破坏概率的影响远大于材料离散性对破坏概率的影响。从结果而言,仅考虑地震动不确定性的地震易损性分析结果已经可以满足工程应用需求。     

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。