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。     

多重不确定性对特高压变压器瓷套管地震失效风险的影响

为评估我国特高压变压器套管的地震失效风险,该文考虑地震动、结构参数、性能指标及数值分析模型质量的不确定性,结合我国相应规范,提出考虑多重不确定性影响下特高压变压器套管的地震易损性及地震失效风险分析方法。建立经振动台试验验证的特高压变压器套管数值分析模型,定量求解各随机变量的不确定性对特高压变压器套管地震易损性及地震失效风险的影响。结果表明:多重不确定性对套管地震易损性的评估结果有较大影响,且将增加套管的地震失效风险。抗震设防烈度与套管地震失效风险之间无明显正相关关系,在对特高压变压器套管进行抗震设计时,建议考虑套管的地震失效风险以及多重不确定性的影响。     

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。     

±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。     

特高压交流滤波器回路地震响应及易损性分析北大核心CSCD

交流滤波器回路是特高压换流变电站的重要设备回路,但其特殊的结构特征导致其在强震作用下易发生破坏。为研究交流滤波器回路的地震易损性,文中通过有限元数值仿真计算的方法,对某800 kV换流站交流滤波器回路进行了数值建模,基于数值模型进行了模态分析和地震响应时程计算,并进行了回路地震易损性分析。结果表明:交流滤波器回路中的高压电容器和电阻器支柱绝缘子根部应力水平较高,有破坏风险;软母线的轴拉力远低于其计算拉断力;考虑母线耦联作用后,高压电容器和电阻器等应力较高的设备地震响应有所降低;PGA高于0.4g时,交流滤波器回路失效概率达43.26%,有很大概率发生破坏。交流滤波器回路中存在设备耦联振动效应,并且整个回路在高烈度地震中具有很高的易损性,设计时应当采取措施降低地震响应。     

500 kV变压器地震易损性分析北大核心CSCD

变压器作为电力系统中的关键设备,其在地震作用下的易损性较高。为了对变压器的地震易损性进行评估,文中建立了某500 kV变压器的精细化有限元模型,通过模态及地震响应分析确定了变压器的抗震薄弱位置及关键响应,并以关键响应水平为失效判据,选取30条天然地震动对变压器进行地震易损性分析,采用对数正态分布拟合得到地震易损性曲线。针对变压器抗震薄弱位置,提出基底布置摩擦摆隔震支座的方法对其抗震性能进行提升优化。结果表明:高压套管为设备薄弱位置,关键响应为套管根部弯矩响应和顶部位移响应,相应的设备失效模式以根部强度破坏与顶部牵拉破坏为主,其中由于变压器整体重心偏向A相高压套管,导致其失效概率高于其他相套管。地震作用下,高压套管发生根部强度破坏的概率高于牵拉破坏,在基底布置摩擦摆支座后,套管根部弯矩响应得到大幅降低,并且顶部位移响应增大幅度较小,几乎可以忽略隔震支座对套管顶部位移的放大作用。变压器高压套管具有较高的地震易损性,在抗震提升措施中,建议采取摩擦摆支座基底隔震方法来降低套管的地震易损性。     

破坏准则模糊性对心墙堆石坝地震易损性影响北大核心CSCD

心墙堆石坝地震破坏是渐变的过程,目前地震易损性研究均采用确定性的破坏准则;然而由于对破坏等级认知的局限性,导致地震破坏等级的划分具有模糊性。针对上述问题,本文提出考虑破坏准则模糊性的心墙堆石坝地震易损性分析方法。首先,采用模糊集理论将大坝破坏等级界限值模糊化,并提出能够反映隶属度函数形式和模糊区间大小的模糊度系数来量化地震模糊破坏等级;其次,依据地震模糊破坏等级推导地震易损性函数模糊-概率积分计算公式,弥补目前地震易损性函数计算公式依据确定性破坏准则的不足,并结合概率地震需求模型,获得破坏准则模糊条件下的大坝地震易损性曲线,得到坝体结构在不同地震强度作用下产生各个等级破坏的概率。将所提方法应用于糯扎渡心墙堆石坝地震易损性分析中,结果表明:考虑破坏准则模糊性获得的地震易损性曲线与传统易损性曲线趋势一致;在破坏准则模糊性条件下,相同坝顶震陷率对于发生高等级破坏的隶属度增加,导致在一定的地震动强度下,坝体发生高等级破坏的概率有所增加;此外,模糊度系数越大,破坏准则模糊性对地震易损性的影响越大。     

±800 kV特高压直流旁路开关地震易损性分析北大核心CSCD

特高压直流旁路开关是换流站中的关键设备,为评估某±800 kV特高压旁路开关的抗震性能,文中建立了旁路开关设备的有限元模型,并对其进行了动力特性和地震响应分析,确定设备抗震薄弱位置和关键响应,采用对数正态分布拟合旁路开关不同损伤状态下的易损性曲线。结果表明,旁路开关设备存在两处薄弱点,即支柱绝缘子根部、旁路开关顶部,相应的破坏模式分别为支柱绝缘子根部强度破坏与旁路开关顶部牵拉破坏。PGA大于0.2g时,旁路开关主要破坏模式为绝缘子根部破坏。支架对旁路开关地震响应有显著的放大作用,应采取措施降低支柱绝缘子根部应力响应及旁路开关顶部位移响应以提高其抗震性能。     

特高压换流站系统的地震易损性分析

特高压换流站是特高压直流输电系统中的重要节点.为分析特高压换流站系统整体的地震易损性,根据换流站中各设备布置位置和功能实现逻辑关系,对换流站进行了关键回路及设备的划分并建立了整个换流站的系统功能逻辑模型,以震后能够正常输出的电量作为系统的性能评价指标将其功能状态分为5类,基于划分子系统的地震失效概率模型,利用失效模式与...     

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。     

基于Weibull分布的电瓷型电气设备地震易损性分析

电瓷型电气设备的高强瓷套管是其地震作用中的薄弱环节,具有较高的断裂易损性。为分析此类设备的地震易损性,从高强瓷材料的强度机制出发,确定了材料强度的Weibull分布形式和弯矩作用下尺寸效应计算公式,并结合基于反应谱法得到的地震作用随机参数,建立了震害为瓷套断裂的易损性分析方法。选取了某500 kV避雷器为例进行地震易损性分析,研究了地震动、场地条件、结构尺寸对设备易损性影响。分析方法可用于电瓷型电气设备瓷套强度计算、设备场地选址、结构抗震设计优化、震害风险预测等工作,为提高电网抗震能力,减少震害损失提供技术支持。     

管母线连接变电站电气设备的地震易损性分析

汶川地震震害调查表明,管母线连接电气设备在地震中破坏情况严重。为了研究此类设备的地震响应,建立了管母线连接电气设备耦联体系的有限元模型,采用时程分析法对模型进行了地震响应分析,比较单体设备和管母线连接设备的动力特性和地震响应,并且探讨了管母线不同设置方式对连接系统的影响。分析结果表明,管母线连接设备系统中,高频设备的位移响应较其独立设备时放大,低频设备的位移响应较其独立时减小;在耦联系统中,伸缩节与低频设备连接时耦联系统的动力响应小于伸缩节与高频设备连接时系统的动力响应。进行管母线连接的电气设备抗震设计时,应充分考虑电气设备的动力特性和伸缩节的设置方式。     

有限元分析40.5kV穿墙瓷套管绝缘故障研究

使用有限元分析方法对40.5 kV穿墙瓷套管绝缘故障进行了分析.得出故障类型,再对40.5 kV穿墙瓷套管状态良好时和两种典型绝缘故障情况时的电场分布进行了研究,研究结果表明：两类典型绝缘故障均会造成穿墙瓷套管发生严重的放电现象,且内表面半导体釉未与导电排等电位造成的后果是最严重的,对两类典型绝缘故障提出了预防措施.     

特高压换流变压器套管电连接结构地震累积效应评估方法研究

地震作用下换流变压器套管会产生位移响应,响应剧烈时其尾端电连接结构可能产生损伤。为了研究地震作用下换流变压器阀侧套管电连接结构的损伤累积效应,文中以换流变压器套管表带触指型电连接结构作为研究对象,建立了精细化的有限元模型。通过有限元计算,可以得到重力和地震作用下表带页片和连接母头内壁的接触压强和位移响应。基于Archard磨损模型,提出了一种在地震作用下表带触指磨损深度的计算方法。以磨损深度作为地震损伤累积的指标,对不同地震强度下表带触指页片磨损的程度进行了对比分析,计算了多次地震作用下的累积磨损深度。发现随着地震强度提高,表带触指的接触压强变化不大,但摩擦行程有较高程度的增大,使得磨损深度也会进一步加深。在不同强度的地震作用下,磨损的分布呈现不均匀但规律的特点,磨损深度的最大值总是出现在最远离连接公头根部的表带的上方页片。重力作用对电连接结构不同部件的磨损差异影响很大。尽管单次地震作用下磨损深度总体较小,仍旧存在局部磨损破坏的可能,应当重视地震作用下的损伤累积效应。     

地震作用下变压器侧壁套管的理论建模及摆动效应分析EI北大核心CSCD

变压器是变电站的重要设备,具有较高的地震易损性。为评估变压器侧壁套管的抗震性能,建立了变压器-套管体系简化计算理论模型,并通过一台220 kV变压器-套管体系振动台试验结果加以验证。分析了侧壁L形升高座根部法兰连接处箱体侧壁的面外摆动效应对套管地震响应的影响,并通过参数分析探讨了其地震响应机理。结果表明:箱体侧壁的摆动效应是侧壁L形升高座顶部加速度放大的主要原因;升高座根部箱体侧壁面外转动刚度以及升高座高长比对该种摆动效应有十分显著的影响。因此,应合理设计变压器箱体侧壁的面外刚度和L形升高座的高长比,降低摆动效应对套管地震响应的影响。     

特高压悬吊换流阀地震模拟振动台实验研究北大核心CSCD

为了研究悬吊式换流阀塔在地震作用下的抗震性能及限位方案,以某特高压换流站的高端阀厅和阀塔为研究对象,基于缩比理论建立1∶3的缩比模型,开展地震台振动试验,对比了限位措施施加前后阀塔的加速度、最大摆幅及受力状态。结果表明,地震作用下,悬吊阀塔各层加速度较台面输入均存在一定放大,阀塔整体及各层会产生一定的摆动,底层阀塔的加速度及摆副最大,顶部悬吊绝缘子存在受力不均情况;施加限位措施会增加阀塔各层的加速度响应,降低阀塔的摆动幅度;底部限位会导致顶部悬吊绝缘子及底部限位绝缘子承受较大拉力,实际设计时需充分校核。     

考虑内–外生双重不确定性的风储系统联合规划方法EI北大核心CSCD

风电场配置储能设备提供了良好的并网特性,但传统风储联合规划中,仅考虑不受决策结果影响的外生不确定性,受决策影响的内生不确定性被忽视,无法给出兼具经济性和鲁棒性的规划方案。为此,首先从不确定优化理论的角度梳理风储联合规划的模型演化路径,给出对应优化模型的拓扑表示。引入随机过程中的鞅理论,针对不确定性的外生与内生问题进行严格数学定义加以区分,并采用散度对风储联合规划中的内生与外生不确定性进行数学建模,同时设计参考分布修正过程使内生不确定性的参考分布逼近真实分布。构建改进分布鲁棒优化模型,设计对应的求解流程。最后,以改进IEEE 30节点系统和中国蒙西某区域电网验证所提模型的有效性和通用性,分析储能配置与内生不确定性间的相互影响,为该类规划问题提供先验信息支撑。     

GIS电子式互感器内部电磁干扰研究北大核心CSCD

针对GIS隔离开关操作时电子式互感器内部电磁干扰问题,文章首先对电子式互感器进行了结构建模,基于偶极子天线的辐射理论模型对电子式互感内部的三维电磁场分布规律和强度开展分析,最终得到电子式互感器内部不同时刻的电磁场强度及其分布规律:在电磁骚扰产生0.5~2.5μs内电子式互感器内部电场强度较大,在3μs之后电场逐渐减小,在相同频率下,y轴方向电场最强,x轴方向磁场最强。     

高压瓷绝缘子红外热像检测盲区研究EI北大核心CSCD

为提高红外成像法检测劣化绝缘子的准确性,提出一种基于电网络法的红外热像检测盲区分析方法。根据绝缘子串电压分布,结合绝缘子的发热模型,对比了理想条件下和存在测量误差时的红外热像检测盲区,并就盲区绝缘子对绝缘子串整体温升的影响进行了分析。仿真和试验结果表明:红外热像检测盲区的大小由绝缘子在串中的位置和测量误差决定,绝缘子串两端的绝缘子处于盲区时,对整串绝缘子存在明显的温升抬升效应。根据仿真及试验所得的规律,提出减少红外热像检测盲区的措施,为绝缘子劣化检测提供参考和方法借鉴。     

基于耐震时程法的高拱坝地震易损性分析

基于耐震时程分析方法（ETA）,建立了三维坝体-库水-地基动力相互作用模型,进行高拱坝抗震性能评价。以基于目标反应谱合成的10条耐震加速度时程曲线为地震输入,选取坝体损伤体积比、坝顶坝踵顺河向相对位移和拱冠梁横缝开度作为结构性能指标,通过对结构不同性能水准的定义,建立了极限状态与结构性能指标之间的关系,以此为基础绘制易损性曲线。结果表明：随着耐震时程输入时间的增加,拱坝的各项响应值随之增大,不同响应指标对地震强度的敏感性不同,且ETA法与增量动力分析法（IDA）得到的响应结果基本一致,在同一性能水平下采用不同评价指标时对应的超越概率也不相同。因此,在进行结构的抗震性能评价时应综合考虑不同结构响应指标,选取不同性能下超越概率最大的结构响应指标进行分析。