特高压交流设备通过联合抗震、减震试验

2013年3月27日至28日,国家电网公司组织开展的世界首次特高压交流设备联合抗震和减震试验在重庆获得成功,标志着我国在特高压设备抗震、减震方面的研究取得了重要成果。联合抗震和减震试验在重庆交通科研设计院进行。试验结果表明,采用管型导体连接方式的特高压交流设备联     

特高压新松换流站直流场设备抗震设计及能力考核

新松换流站是目前世界上海拔最高、抗震设防要求最高的特高压换流站,直流场设备抗震设计与考核是整个换流站抗震设计核心内容。首先介绍了直流场设备抗震解耦设计的基本思路,分析了直流场主要设备的结构特征和抗震薄弱环节,对直流场极线设备分成了若干较为独立的耦联回路;其次,提出了换流站直流场设备的抗震设防水平及主要的地震动参数。通过采取选用复合材料、优化支架及设备结构、创新设备连接导体及金具、采用隔震减震等抗震新技术,可有效改善换流站直流场主要电气设备的抗震性能。通过开展特高压单体电气设备的抗震计算和地震模拟振动台试验,考核结果表明,新松换流站主要特高压电气设备具备承受峰值为400 Gal确定性场地波强震作用下的抗震能力。相关研究及应用对今后类似地震高烈度地区换流站抗震设计提供了有效的解决方案。     

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。     

安装剪切型铅减震器的特高压标准化避雷器地震模拟振动台试验

为提高特高压瓷质避雷器地震安全性,首先基于结构抗震优化方法,提出了特高压避雷器标准化瓷套结构设计方案,抗震安全系数由原结构在0.2g(g=9.81 m/s~2)水平地震动加速度试验得到的1.68提高至新结构在0.3g水平地震动加速度试验得到的1.73。然后基于剪切型铅减震装置性能参数,对特高压标准化瓷套避雷器进行了减震仿真分析。最后依据仿真分析结果确定的减震器型号,进行了安装减震器的特高压标准化瓷套避雷器地震模拟振动台试验,白噪声试验中减震结构相较于非减震结构基频降低了2.76%~4.15%,在水平地震动加速度0.4g和0.5g试验中地震安全系数分别为2.15和1.86。试验结果表明:特高压避雷器抗震性能提升可综合考虑结构优化与减震设计方法,且剪切型铅减震器的安装在正常使用情况下基本不对电气设备整体刚度产生影响。研究结果可为变电站电气设备抗震设计和试验提供参考。     

1000 kV变电站高抗回路抗震设计技术经济分析

潍坊1 000 kV变电站是迄今为止所有特高压变电站中抗震等级最高的变电站。对潍坊1 000 kV变电站高抗回路抗震设计方案进行深入探讨,从技术经济两方面分析方案优劣性和可行性,以积累总结抗震示范典型经验,为其他类似工程优化设计提供参考。     

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。     

特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律

特高压变电站内设备种类繁多,且电磁环境较为复杂,因此在设计阶段需对站内工频电场强度进行合理评估。为此,运用有限元分析软件Ansys建立了3维变电站计算模型,并采用谐波分析方法实现了电准静态场的模拟计算。以淮南至上海特高压交流输电示范工程变电站带高抗出线回路新型4柱设计方案为例,研究了母线、设备及构架对回路对地1.5m处电场分布的影响,并对母线高度进行了优化。研究结果表明：带高抗出线回路（简称高抗回路）的大部分区域对地1.5m处的电场强度由母线高度决定,设备结构仅对自身附近区域的电场强度影响较大;构架位置会影响站内电场强度峰值的出现区域;设计方案的母线高度为17.15m,最大电场强度为9.34kV/m,经过优化的母线的最优高度为16.65m。对特高压交流示范工程长治站和荆门站分别进行工频电场模拟计算,计算结果表明：2座变电站的工频电场均满足电场强度设计要求;站内主要区域电场分布的计算结果和测量结果之间的误差约为10%。     

晋东南变电站1 000 kV配电装置设计

相对于500 kV配电装置,1 000 kV装置可听噪声、无线电干扰及静电感应等环境影响问题更为突出,且设备安装高度及设备重心更高,使抗震性能降低。因此,降低环境影响、提高抗震性能成为晋东南1 000 kV配电装置设计的关键问题。文章对主变压器的选型、GIS配电装置的最优布置型式、1 000 kV四分裂导线优化、高抗回路设备连接方式及高抗噪声的控制等主要问题进行了重点研究。     

特高压变电站站用低压交流断路器灵敏度分析

变电站站用电系统中,供电回路断路器和电缆的确定需考虑负荷电流、热稳定、回路压降、末端短路时低压断路器灵敏度等。特高压变电站站区面积相较常规变电站更大,主变、高抗、大功率消防水泵等负荷设备的供电电缆较长,回路短路阻抗大,末端短路电流水平低,对馈线断路器的灵敏度校验造成一定影响。结合特高压变电站低压馈线断路器灵敏度校验实例,探讨各类负荷回路末端单相接地短路时灵敏度优化思路,并提出建议。     

±600 kV换流变压器回路抗震性能分析北大核心CSCD

换流变压器是换流变电站中的重要设备,但在历次地震中破坏严重。因此为研究±600 kV换流变压器回路的抗震性能,找寻回路中的薄弱环节,文中根据某工程建立了换流变压器回路的精细化有限元模型,并对回路进行了动力特性和地震响应分析。发现了地震作用下该回路的薄弱位置,得到了部件的连接方式和结构形式是影响结构响应的关键因素。通过将换流变压器单体和回路进行对比分析发现耦联体系可以明显减小设备在地震作用下的结构响应,同时金具内的铝绞线可以消耗由于地震作用产生的能量,起到耗能减震的作用。针对换流变压器回路的抗震性能分析可以为以后换流变压器回路技改和日常运维奠定基础,并为抗震设计提供了新思路。     

管母线连接支柱类设备耦联体系抗震性能理论分析及试验研究北大核心CSCD

支柱类设备是变电站中的一类重要设备,具有高度大、结构柔、重心高的结构特点,通常通过母线与其他设备连接构成回路。震害资料表明,这类设备的地震易损性极高,地震作用下设备根部断裂及移位是造成变电站停运甚至电力中断的重要原因。为保障特高压变电站的稳定运行,支柱类设备及其耦联体系的抗震研究是电力设备抗震的重要部分。文中首先根据某特高压复合支柱绝缘子的结构组成参数建立了可用于支柱类设备的单体变截面梁模型和耦联体系线性弹簧模型,然后通过足尺±800 kV复合支柱绝缘子单体及管母线耦联体系的振动台试验对模型进行验证,最后基于对理论模型的参数分析,给出了文中建议的特高压支柱类设备管母线耦联体系抗震设计方法。     

1000kV特高压高抗安装技术的探讨

与常规500 kV高抗相比,特高压高抗作为特高压变电站的大型油浸设备,其体积、重量更大,绝缘油油量多且油品质要求更高,因此特高压高抗在高压套管吊装、绝缘油处理等环节上与500 kV高抗都有很大不同,其安装难度更大,工艺要求更高,在安装过程中需要采用许多新工艺、新技术才能够完成。通过1 000 kV 特高压南阳开关站高抗安装的工程实践,对特高压高抗安装中的相关技术进行了总结和探讨,目的是和同行交流经验,共同建设好特高压交流试验示范工程。     

特高压串补线路中性点小电抗工作条件研究

特高压串补线路发生单相故障后,在串补电容器残压及其放电电流作用下,高抗中性点小电抗的电气应力特性与无串补线路发生变化。远距离特高压线路有加装更高补偿度串补的需求,使得串补线路的中性点小电抗过电压、过电流幅值可能超过现有小电抗设备的设计参数,有必要深入研究并提出有效对策。高幅值的低频振荡电流流经高抗可能致其饱和,使得中性点小电抗电气应力与将高抗视作线性元件时存在差别,目前尚未开展过相关研究。探讨了串补对特高压线路高抗中性点小电抗过电压、过电流问题的影响机理,基于典型系统条件仿真研究了提高串补度、高抗饱和对中性点小电抗过电压、过电流的影响特性,分析了联动旁路措施的抑制效果,并提出了解决小电抗电气应力超过现有设计参数问题的对策建议。研究成果可为特高压串补线路的工程设计、小电抗设备选型提供技术支撑。     

特高压变电站设备抗震设防的设计

特高压输变电工程输送功率和投资高,电气设备尺寸和重量大,在基本烈度8度以上地区的抗震设防是一个重点和难点。我国特高压变电站、换流站工程中主要依据《电力设施抗震设计规范》GB50260-2013开展抗震设计,但在具体设计中对设备抗震设防的标准确定、参数选取、强度校核方面还存在不明确之处。本文通过对规范条文的解读、讨论及与国外标准的对比,针对特高压抗震设计中变压器、换流变套管以及本体与基础的连接两方面问题展开分析,提出了几点建议。     

800 kV直流场极母线回路的地震易损性分析北大核心CSCD

作为换流站中的重要组成部分,直流场极母线回路的抗震性能直接影响到特高压输电线路的安全运行。为评估某±800 kV换流站中直流场极母线回路的抗震性能,文中建立了包含众多不同种类电气设备的极母线回路有限元模型,对其进行了动力特性分析和三向地震时程分析,通过与单体设备的地震响应对比得出了回路中的抗震薄弱位置和关键设备。并采用多样条的易损性分析方法结合多元非线性回归函数最小二乘拟合得到了回路和关键设备的地震易损性曲线,分析结果显示该回路在设防烈度(地面运动加速度峰值为0.4g)地震作用下失效概率已超过90%,因此关键设备的抗震性能亟待提升。     

±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。     

特高压电气设备减震技术取得新进展

近日,国家电网公司交流建设部在重庆组织召开"1000kV避雷器抗震振动台试验"现场见证会,同时对加装减震装置的1000kV避雷器进行了减震效果试验。结果显示该减震装置达到甚至超出了预期效果,减震效率达60%以上,是降低特高压电气设备地震损害的有效措施。     

不同结构型式直流滤波器回路抗震性能对比分析

不同结构型式的特高压直流滤波器耦联回路中滤波电容在地震作用下地震响应特征相差较大,其抗震性能需要进行深入研究。文中以某特高压悬吊式直流滤波电容器和支撑式直流滤波电容器为原型结构,建立了两类特高压直流滤波器耦联回路有限元模型,从位移、内力和加速度3个方面对比了三向地震作用下两类回路中滤波电容器抗震性能。结果表明:在顶层高压管母线连接处悬吊式滤波电容器的水平双向合位移比支撑式大,且悬吊式加速度响应峰值多集中在底层而支撑式多集中在顶层。悬吊式滤波电容器内力安全系数满足规范建议值且富余度较大,在水平方向整体具有更高的位移响应且呈现悬索张拉状特点,底层悬吊绝缘子会出现弹性回跳现象,为其抗震设计薄弱位置;支撑式滤波电容器内力安全系数超出规范建议值,在水平方向整体具有较低的位移响应且呈现悬臂支柱状特点,底层的支柱绝缘子根部应力最大,对材料强度有较高的要求,是抗震设计的薄弱位置。     

滑动金具对互连高压电气设备抗震性能的影响分析

硬管母连接电气设备结构系统可以有效解决温度变化引起的变形,同时也可以减轻相互连接设备的动力耦合作用。采用具有低周反复滞回特性与耗能能力的滑动金具等方式连接硬管母,对相互连接设备的抗震性能影响较大。文中以某高压直流场回路系统为主要研究对象,简要介绍分析方法,建立有限元模型,并提出具体的仿真分析步骤。通过分析不同连接方式下直流回路系统在常规抗震设计地震工况下的应力,并对关键部位进行强度校核,综合研究了连接方式对高压回路系统的动力特性与抗震性能的影响,得出了有益结论。仿真分析结果可为电力工程设计与抗震加固提供参考。     

±800 kV特高压直流输电系统主回路参数研究

为制定直流系统的控制策略并提供基本的稳态控制参数,以向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程为依托,根据直流输电的基本理论并结合特高压直流系统的特点研究了主回路参数,提出了特高压直流系统的基本控制策略,以及2组12脉动换流器串联(400kV+400kV)构成±800kV特高压的全新换流站接线方案和灵活的运行接线方式。在主回路参数研究和设计中分析了影响主回路参数设计的关键因素,给出了特高压换流站主设备的参数,为特高压直流技术研究提供了基础数据。