110 kV干式空心并联电抗器地震模拟震动台试验

110 kV干式空心并联电抗器肩负着改善轻负载线路中的无功分布、降低有功损耗以及提高送电效率等重要作用,是1 000 kV特高压交流输电工程主变压器第三绕组110 k V无功补偿关键设备之一,其抗震性能至关重要。文中基于锡盟—山东1 000 kV特高压交流输变电工程,首先阐述了110 k V干式空心并联电抗器主要技术参数以及抗震要求,然后详细介绍了地震台参数、地震输入波形以及位移和应变测点布置位置,并对110 kV干式空心并联电抗器进行了地震模拟震动台试验。试验结果表明：(1)台面最大加速度实测值大于0.4g,抗震试验地震波满足9度地震要求;(2)抗震试验前后对比,电抗器水平向（X向）基频变化较小,可认为电抗器在试验前后刚度保持不变,几乎没有损伤;(3)考虑自重、端子拉力荷载以及风荷载并乘以相应组合系数后,绝缘子构件最小安全系数为2.94,大于标准要求的1.67,满足9度抗震设防烈度要求。110 kV干式空心并联电抗器地震模拟震动台试验可为后期干式空心电抗器抗震特性方面研究提供参考依据。     

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。     

±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。     

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。     

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。     

特高压直流平波电抗器的复合支柱绝缘子抗震特性

传统瓷支柱绝缘子正显现出越来越多的不足,特别是抗震性能不足的问题更为突出。±800 kV平波电抗器本体质量45 t,支撑高度12 m,传统瓷支柱绝缘子已经难以满足抗震要求。复合支柱绝缘子作为一类新型支柱绝缘子,具有很大的发展潜力,其能否用于支撑±800 kV平波电抗器的关键在于其抗震特性能否满足要求。复合支柱绝缘子芯棒各向异性材料特性的处理、电抗器支撑结构的建模方法以及抗震计算的研究方法是整个研究的关键。为此采用复合材料的计算方法求得了复合支柱绝缘子芯棒的各项参数,利用ANSYS软件建立了一个以3D梁单元为主的电抗器支撑结构模型,最后通过反应谱法求得了复合支柱绝缘子的抗震响应。计算结果表明复合支柱绝缘子的安全系数〉20,完全能够满足抗震要求,从而论证了复合支柱绝缘子应用于特高压直流线路的可行性。     

基于ANSYS的干式空心电抗器抗震分析

通过建立电抗器的3D模型,并基于ANSYS Mechanical进行了响应谱抗震分析,获得了电抗器在八级地震载荷谱作用下的响应。经过实际对比发现,计算结果和相关试验值吻合很好,这表明利用ANSYS Mechanical对电抗器的数值计算可以应用于工程实践中,从而为干式空心电抗器的设计、研发和结构优化提供了重要依据。     

特高压变电站内110 kV电容器组模型地震模拟振动台试验

为明确110 k V电容器组地震响应规律,提高特高压变电站的地震安全性,首次对特高压变电站内110 k V电容器组模型进行地震模拟振动台试验研究。通过振动台试验的方式,测定电容器组模型的动力特性及地震作用下关键部位的加速度、位移、应变等参数。试验结果显示,试件两水平向1阶频率分别为2.69 Hz、3.39 Hz,处于地震动卓越频率段;试件结构对地震加速度有放大作用,且放大作用与高度呈非线性关系;在目标峰值加速度为0.2g(g=9.8 m/s2)的地震波作用下,试件最大应变出现在底部绝缘子根部,计算得到最大应力为25.10 MPa,低于绝缘子破坏应力。该研究明确110 k V电容器组具有较高地震易损性,抗震关键部位为底部支柱绝缘子,为该类设备的抗震性能研究提供了数据支撑。     

特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)地震响应分析

为研究特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路的抗震性能,以某特高压换流站550 kV交流滤波器的进线气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)为研究对象,考虑不同类型支架对GIL外壳的约束作用、GIL内部三支柱绝缘子与GIL外壳不同类型连接以及GIL内部导体接头处的滑移等,建立由内导体、三支柱绝缘子、外壳以及支架组成的GIL精细化有限元模型,在三向地震动输入情况下进行时程响应分析,研究GIL-支架体系的地震响应特征及抗震薄弱位置.结果 表明:不同高度处活动支架沿管道轴向的平均加速度放大系数均超过2;八度罕遇地震作用下,GIL内部导体接头处位移超出48 mm限值且外壳平均应力峰值响应超出容许应力值;在九度罕遇地震作用下,GIL内导体平均应力响应超出容许应力值.GIL的抗震薄弱位置为竖向转角处的内导体接头及外壳.在设计时,应重点关注活动支架的动力放大作用,控制GIL内导体接头的位移和外壳的应力响应.     

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。     

66kV干式空心并联电抗器抗震特性仿真分析

应用ANSYS软件建立了66 kV干式空心并联电抗器的三维有限元模型,在运用Block Lanczos法对电抗器结构进行模态分析的基础上,采用振型分解法对8烈度等级下电抗器结构进行了地震响应分析计算。计算结果表明,地震动作用下电抗器的垂直位移要比水平位移小一个数量级,但水平应力却与垂直应力相差不大;支架部分结构是整体结构中最复杂的部分,而且从分析计算中发现该部分是结构中最薄弱的部分,应该是抗震分析中首要关注的地方,特别是绝缘子部分,其许用应力较低,是结构抗震强度验算的关键;电抗器结构在地震动作用下能满足抗震设计强度要求,应力集中处的最大应力小于材料屈服极限。     

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。     

±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。     

干式空心电抗器匝间绝缘检测仿真研究

电抗器是无功补偿和滤波装置中的重要部件,需要对其进行检测,目前国内对干式空心电抗器绝缘状态的检测方法研究较少。基于脉冲电压法原理,本着降低试验费用的原则,建立干式空心电抗器的数学模型,并输入实际参数进行仿真分析。仿真结果验证了利用脉冲电压法对干式空心电抗器进行匝间绝缘检测的可行性,对干式空心电抗器绝缘检测有指导作用。     

特高压变电站电抗器隔震试验

为研究特高压电抗器动力模型试验及隔震技术的适用性,基于动力模型相似理论研究特高压电抗器的合理相似模型设计,利用数值仿真分析确定了易于振动台试验且忽略重力影响的相似模型设计方案,仿真结果显示该方案与严格相似模型套管地震响应误差较小,能够基本反映原型设备在地震波作用下套管的地震响应。对相似模型进行隔震设计,通过隔震理论、数值仿真对设计方案进行分析,最后对相似模型进行抗震和隔震振动台试验。数值仿真和试验结果表明:相似模型设计时重力对电抗器套管地震响应影响较小,从而可忽略重力影响;对于抗震结构,两者较为相符,数值仿真模型基本能够反映电抗器套管在地震波作用下的地震响应;隔震技术减小了电抗器套管的最大应变响应,在地震等级较高时减小幅度达50%以上,隔震效率显著。振动台试验结果表明,隔震技术对于电抗器的箱体底部加速度衰减幅度相对较小,但是套管相对于箱体是易损部件,从而在对特高压电抗器应用隔震技术时,宜重点关注电抗器设备套管的最大应变衰减。     

探讨干式电抗器匝间短路故障与漏磁场的关系

干式电抗器经常发生事故,事故分析表明,所有烧毁的电抗器都发生过匝间短路故障,依据麦克斯韦方程可知,发生匝间短路故障的电抗器等效于一台干式空心自耦变压器,低压侧匝数很少,变比很大,短路环中电流密度远超过正常的设计值,短路环会严重过热而烧毁电抗器,引起火灾。为了及时发现干式电抗器的匝间短路故障,本文通过研究三相品字形布置的干式并联电抗器对称中心位置的不平衡磁通在电抗器发生匝间短路故障前后的变化分析该组电抗器的健康状态,并且通过模拟匝间短路试验的方法检验这一论证结果,说明品字形布置干式电抗器匝间短路故障与对称中心位置漏磁场变化量之间存在的关联关系。     

±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。     

干式空心电抗器匝间绝缘缺陷诊断试验及其解体分析

匝间短路是引发干式空心电抗器起火事故的主要原因。针对疑似匝间绝缘缺陷的干式空心电抗器,本文采用层层推进的试验方式,利用匝间过电压和温升试验、各包封直流电阻和损耗测试及拆解缺陷的方式,逐步确定了匝间绝缘缺陷的位置。结合缺陷位置绝缘介质受损严重程度及其形貌特性,探究了匝间绝缘缺陷试验的灵敏度,并提出了试验建议。研究表明:匝间过电压试验和温升试验检测干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的灵敏度很高,其精度在0.1%之内。应当充分重视匝间过电压试验首次试验结果,以免发生误判。若电磁线引出线与星臂连接实现现场拆装,则匝间绝缘缺陷的现场检出率便可大大提高。