±800 kV换流站复合绝缘子互连回路地震响应分析

复合电气设备的力学性能优于陶瓷电气设备,在变电站、换流站具有广阔的应用前景。为研究±800 kV复合绝缘子设备的地震响应,进一步发挥其抗震潜能,提高设备的抗震水平,以±800 kV换流站复合材料支柱绝缘子连接回路为研究对象,运用结构动力学理论分析手段,通过建立两自由度互连电气设备理论模型和动力学方程,研究地震作用下复合材料电气设备间的地震反应规律,分析连接导线刚度和设备刚度对互连设备抗震性能的影响。结果表明：随着连接导线刚度的增大,高频设备的位移变化幅度略大于低频设备,导线刚度越大,两设备之间的地震反应差别越大;在电气功能允许的前提下,适当增加导线的冗余度有利于提高设备的抗震性能。互连回路中一个设备刚度增大后,将引起刚度不变的设备的地震响应增大,回路抗震设计时尽可能使频率接近的两设备互连,降低设备间的地震耦合效应。研究提出了针对复合材料电气设备连接回路抗震设计时设备间频率匹配及导线设计原则,可为设备的抗震设计提供参考。     

两缸两排汽空冷机组汽机基础动力特性研究

对世界首台两缸两排汽2×660MW 超临界空冷机组基础1:10模型进行了动力特性研究,通过测试得到了基础的各阶振型和频率,对基础的强迫振动响应进行了预测,将预测结果和TGFP杆系计算结果进行对比,并结合原型结构的实测结果,验证了模型试验和计算结果的准确性,为设计人员研究超临界空冷机组提供了大量有价值的参考.     

瓷套管避雷器的多体动力学模型与地震响应分析

为了在优化设计减震装置时减少计算工作量提高计算效率,针对特高压瓷套管避雷器,提出一种新颖的建立低自由度动力学模型的方法。首先,根据试验结果定量分析特高压避雷器的瓷套管与法兰胶装连接处的弹性特性,表明抗弯刚度沿着避雷器的轴向分布很不均匀,为可以离散化弹性特性从而建立避雷器的多体模型奠定基础。其次,将避雷器的每节瓷瓶单元看作刚体单元,设备整体的抗弯特性用法兰连接处的回转弹簧模拟,利用多体动力学理论,建立避雷器设备的多刚体—铰链—回转弹簧模型,并利用铰接点坐标法推导了该系统在地震动激励下的运动方程。最后,以1 000 kV某型号避雷器为算例,进行了静力分析和地震响应时程分析,计算结果与试验结果对比显示二者吻合地很好。结果表明:所提出的避雷器多体模型,形式简单,自由度个数与瓷套管单元个数相等,通常不大于6;利用该方法,方便建立加装减震装置的避雷器设备的动力学模型。该方法还容易推广应用到变电站中其他瓷立柱式电气设备的抗震分析中。     

特高压电气设备法兰连接处的弯曲刚度试验研究

为研究特高压电气设备元件与法兰胶装连接处的弯曲刚度分布规律,采用自主设计的加载装置,针对具有代表性的9个瓷套元件进行弯曲刚度试验.运用极差法对试验数据进行分析,得到了各瓷套元件与法兰连接胶装部位的弯曲刚度,并进一步得到各元件法兰连接部位的弯曲刚度系数,分析了弯曲刚度系数与设备外径、胶装参数影响因子之间的关系.结果表明,设备外径小于300 mm时,由实测数据计算得到的弯曲刚度系数与现行规范中的6.54×107相接近,随着电气设备外径的增大,法兰连接部位的弯曲刚度系数呈降低趋势.由于特高压电气设备截面外径一般在300 mm以上,规范中规定的法兰弯曲刚度计算公式已经不适用于特高压电气设备.通过对试验数据进行拟合分析,给出了适用特高压电气设备的法兰弯曲刚度系数计算公式,最后通过3个典型特高压电气设备的仿真和试验结果的对比,验证了所提出的公式的正确性.     

±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。     

支柱绝缘子互连体系地震易损性分析

为了评估支柱绝缘子互连体系的抗震可靠性,需要考虑地震动输入波形和输入方向的随机性。通过讨论有限元建模与分析方法,运用概率地震易损性分析理论,得到了典型的支柱绝缘子互连体系在不同强度和不同输入方向的地震下损伤的概率。结果表明：该支柱绝缘子互连体系在八度大震下失效的概率为16.2%,对应输入方向为横向。以失效概率为评价指标的易损性分析方法,统一了电气设备抗震性能评价指标,为变电站的整体抗震可靠度评价打下了基础。     

特高压高压并联电抗器回路抗震性能优化研究

通过数值分析手段,建立了特高压高压并联电抗器回路数值模型,运用反应谱分析方法,针对特高压回路系统各参数对设备抗震性能的影响进行综合研究,分析了支架刚度、设备间距及设备间连接管母壁厚等参数对回路中设备抗震性能的影响,寻求有利于提高特高压电气设备抗震性能的回路系统各参数的最佳范围。提出了频率不低于7Hz的电气设备支架设计原则。研究结果还表明,设备间距变化主要影响设备位移和金具与端子竖向受力,在满足电气设备工艺要求的前提下,回路中设备间距在5~9m时有利于提高设备的抗震性能。连接管母壁厚由10mm变为8mm后,对回路中设备的应力影响小于4%,影响程度相对较小,说明此两种型号的管母对设备地震响应的改变不起控制作用,宜根据实际工程需要选择合适的管母型号。     

1000kV特高压交流电气设备抗震研究进展与展望

为提高特高压交流电气设备的地震安全性,对电气设备的抗震研究进行了归纳、分析及展望。结果表明:应以50 a超越概率2%的地震作为设防标准;明确了包络I0-III类场地特征周期的抗震设计标准反应谱,该谱由4部分组成,包括0~0.03 s区间的刚性段、0.03~0.1 s的直线上升段、0.1~0.9 s的共振平台段、0.9~6.0 s的曲线下降段;明确了抗震试验技术,包括包络特高压抗震标准反应谱的试验波、地震动激励输入方向、输入输出的容差控制、支架动力放大效应、基于安全系数的试验结果判定准则;提出了抗震性能计算分析方法,包括数值模型的建立、抗震计算、荷载组合方式及抗震性能评判;开发了阻尼减震技术,通过在设备及设备支架之间布置耗能阻尼器,达到了良好的减震效果。未来需要进一步研究的内容为:特高压主变设备抗震研究、互连设备抗震优化设计、复合设备抗震性能及抗震评估方法、特高压变电站整体抗震性能等。     

特高压电气设备抗震试验共振拍波适用性及合理地震动输入研究

为研究地震动输入共振拍波的频率与特高压电气设备频率不一致时对设备抗震性能评估结果产生的影响,通过理论分析与数值仿真,分析了共振拍波在特高压电气设备抗震试验中的局限性和不足之处。研究结果表明,特高压电气设备在地震作用下具有较强的非线性特征,试验过程中设备基频变化比较明显,选用共振拍波已不能达到与设备共振的目的。结合特高压电气设备的特点,提出了适用于特高压电气设备抗震试验的地震加速度反应谱,该反应谱的地震动力放大系数为2.5、特征周期为0.9 s,具有广泛的场地包络性,研究成果为特高压电气设备的抗震试验提供了依据。     

1000kV特高压避雷器抗弯性能试验与仿真研究

针对1 000 kV特高压整柱避雷器进行了抗弯耐受试验和破坏试验,分析了设备在受弯过程中的应力、应变及弹性模量等力学性能参数变化规律,对试验过程中设备受拉侧和受压侧应变产生区别的原因和影响因素进行了剖析,验证了特高压避雷器整柱设备耐受荷载的能力;同时,通过破坏试验,得到了整柱避雷器设备的破坏模式和破坏应力,提出了在进行动态或静态力学试验时设备应力的估算依据和方法;通过数值仿真与试验结果的对比,验证了仿真模型参数取值的合理性,提出了仿真模型中材料弹性模量取值原则和范围;理论计算和试验及仿真的对比分析表明,一端固定的电气设备在自由端荷载作用下的变形与悬臂梁结构存在本质区别,实际位移计算时不能将其简化为悬臂梁结构;本研究得到的相关数据可为电气设备的结构设计改进、变电站回路系统的抗震设计和力学性能评估提供依据。