1100 kV特高压气体绝缘开关套管-支架体系抗震性能加固试验研究

气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)套管是特高压(ultra-high voltage,UHV)变电站中的重要设备。为提高某型1100 kV特高压GIS套管-支架体系的抗震性能,对该套管原有钢支架梁柱节点进行了加固,并增加了相应斜撑,对加固前后的套管-支架体系进行了振动台试验。结果表明:加固前原支架在不同地震作用下动力特性发生变化,抗震性能不满足相关规范要求。支架对套管地震响应有较大的放大作用,加固后的支架侧向刚度增强,支架顶部加速度反应谱峰值较加固前降低,且主要频率分量升高,与套管基频差异增加,套管-支架体系地震响应较加固前减小。支架对体系抗震性能有较大影响,加固后的支架能显著提高GIS套管-支架体系的抗震性能。     

±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。     

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。     

应用于高海拔环境下的550kV GIS套管抗震性能分析

对设计并应用于云南某高海拔地区的550 kV GIS套管进行抗震性能分析,参照设计图纸构建三维模型,利用模态分析确定套管设计结构的固有频率和振型,对套管施加内部压力、风载荷及静态端子负荷,采用响应谱分析计算出套管在AG5水平下各零部件的位移与应力.计算结果表明,所设计的550 kV GIS套管安全系数满足AG5水平要求,可以安全使用,但套管顶部均压环位移相对较大,应充分考虑预留顶端导线接线长度.     

±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。     

550kV GIS设备在地震行波效应下的位移、应力分析

以550 kV GIS设备整体为研究对象,采用天津波作为地震输入波形,根据地震时程分析理论,分别进行单点地震输入和考虑行波效应的多点地震输入的地震分析,并将两种情况下所得到的位移、应力结果进行比较。结果表明,当视波速为600 m/s时,整个GIS的最大位移出现在套管顶端,最大应力出现在10号支架位置;同时,多点输入下GIS结构最大位移响应值、最大应力响应值均比单点地震输入大很多。变电站的GIS设备在进行抗震分析时,不能忽略地震行波效应对整体GIS结构的影响。     

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。     

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。     

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。     

550kV GIS高压开关设备抗震性能分析

以550 kV GIS高压开关设备抗震性能为研究对象,以实体结构为原型,对其进行三维立体建模。采用模态分析理论对设备进行动力特性分析,得到结构自振频率和振型,定性分析该结构在地震动响应中发生共振和类共振的可能性,并采用反应谱分析理论对其进行地震动特性分析,得出550 k V GIS在AG5抗震水平下的地震动响应及GIS结构的最大应力和形变,从而对该结构在AG5抗震水平下进行安全性能考核。     

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。     

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。     

复合绝缘子倾斜支撑干式空心电抗器地震模拟震动台试验

为研究复合绝缘子倾斜支撑干式空心电抗器在地震作用下的机械结构特性,依托于榆横—潍坊1000 kV特高压交流输变电工程,对干式空心电抗器进行地震模拟震动台试验,并对各部件的加速度响应、应变响应以及位移响应结果进行分析。结果表明:1)地震模拟震动台试验时,电抗器上支架根部加速度放大系数为2.80,是各部件中加速度放大系数最大位置;2)荷载效应组合后,绝缘子计算应力最大值为35.73 MPa,安全系数为2.18,满足标准大于1.67的要求,是支撑体系最薄弱环节;3)抗震试验后,线圈本体通风条无掉落,绑扎带无断裂,防雨帽未掉落,星形架无变形,复合绝缘子表面无裂纹和破损,胶装位置无裂缝,抗震试验合格。该地震模拟震动台试验可为干式空心电抗器抗震特性方面的研究提供参考依据。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

±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。     

±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。     

高温蒸汽管道支管焊缝应力与模态特性研究

基于高温蒸汽管道与支管尺寸,以温度套管为例建立模型,分析计算了通孔型套管、台阶型套管及结构优化温度套管3种不同结构、材质的温度套管焊缝焊趾处应力与振动模态。结果表明,通孔型套管与台阶型套管结构焊缝焊趾内部整体应力水平相近,均高于结构优化后温度套管,且结构优化温度套管发生疲劳断裂的风险大幅降低;3种结构焊缝焊趾的最高应力均分布在蒸汽主管（母管）圆周最高点,裂纹最易在该处萌生,应力水平以该处为基点成对称分布。结构优化温度套管对母管振动的响应程度较低。因此,支管的结构与材质优化可以减弱母管振动诱发的焊缝振动。     

± 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。     

1100 kV柱式断路器地震模拟振动台试验及数值分析

为研究1 100 kV柱式断路器在地震波作用下的抗震性能,依据特高压电气设备抗震试验方法进行了地震模拟振动台试验并利用有限元软件对结构进行数值分析。通过白噪声扫频及标准时程波地震试验,测定了设备的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应。试验结果表明:在0.4 g地震波作用下的复合支柱套管的最大应力38.58 MPa,低于复合材料的额定机械负荷应力;复合套管的最大应变发生在支柱套管根部,该部位为断路器设备的易损部位;强地震波作用会改变结构的动力特性,结构地震响应呈现明显的非线性特性。依据试验数据得到结构的阻尼变化数值,并赋予数值模型,仿真与试验结果最大误差为10.30%,仿真计算时应考虑结构阻尼随输入地震波强度变化的非线性特性。     

363 kV阀侧断路器研制的关键技术问题探究北大核心CSCD

以363 kV阀侧断路器为研究对象,建立三维简化模型,并综合考虑静载荷、风载荷及覆冰载荷等组合工况的条件下,对363 kV阀侧断路器整机进行静力学分析,得到整机零部件应力及变形分布情况,其中支柱复合套管根部最大应力为70.928 MPa,小于材料屈服强度。其次对363 k V阀侧断路器灭弧室关键件进行优化设计,并进行静电场和动态电场仿真分析,电场强度最大值降低了9.86%。然后设计真型抗震性能试验,获得了其自振频率及应变响应、加速度响应曲线,由测量点数据计算的支柱复合套管最小安全系数为1.97,且产品外观良好。因此,363 kV阀侧断路器通过了0.4g工况下的抗震力学性能试验,并通过了电气及机械性能试验检验,验证了整机结构设计的合理性,为支柱套管结构优化和导电结构的设计奠定基础。