±1200 kV特高压直流穿墙套管抗震性能分析北大核心CSCD

为评估特高压穿墙套管的抗震性能,建立了某型1200 kV特高压穿墙套管仿真模型,针对该模型进行了动力特性分析,并通过时程计算方法获取地震下穿墙套管的加速度、位移及应力响应,分析其加速度放大系数以及根部应力峰值。基于结构地震响应研究了谱放大系数曲线及其峰值影响因素,进一步分析了法兰加劲肋和安装板厚度对地震响应的影响。研究表明:在地震波反应谱平台段内,穿墙套管顶部加速度存在明显放大效应,轴向谱加速度放大系数峰值出现在安装板面外变形模态频率附近。法兰加劲肋的设置可有效降低穿墙套管轴向加速度峰值,并减小安装板和法兰根部的应力峰值。随着安装板厚度的增加,穿墙套管轴向加速度峰值和安装板的应力峰值均减小,且随着板厚越大降低幅度逐渐平缓。     

考虑材料不确定性的特高压GIS瓷套管地震易损性研究北大核心CSCD

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。     

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。     

±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。     

1100kV气体绝缘封闭开关复合外绝缘套管地震模拟振动台试验研究

为研究复合外绝缘特高压电气设备套管的动力特性及地震响应,采用针对特高压电气设备的试验用时程波首次对1支1100k V气体绝缘封闭开关复合外绝缘套管原型设备进行输入峰值加速度为0.5g的双向地震模拟振动台试验。通过白噪声随机波激励,得到试件的动力特性;通过试验用时程波激励,得到试件在不同峰值加速度地震波作用下关键部位的加速度、应变及位移响应。研究结果表明:试件1阶频率为2.50Hz,阻尼比为0.95%,基本振型为弯曲变形,地震易损性较高;复合套管对输入加速度有放大效应,且在设备1阶频率处放大效应显著,设备顶部加速度较大;在峰值加速度为5m/s~2的试验用时程波作用下,试件未出现结构性破坏,套管根部应力最大值为20.60MPa,结构安全裕度较大;在峰值加速度为5m/s~2的人工波作用下,设备顶端相对位移为126.50mm,电气设计阶段应考虑此位移对连接母线长度的影响。     

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。     

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。     

±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。     

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。     

±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。     

±800kV特高压直流隔离开关抗震性能分析

特高压三柱型直流隔离开关是换流站中的重要设备,目前对其抗震性能的研究较少。为评估特高压隔离开关的抗震性能,依据某±800 k V特高压工程中的直流隔离开关,通过精细化有限元分析,计算该设备关键部位的位移、应力及加速度,并分析支架型式及其连梁和隔离开关刀闸机构对隔离开关地震响应的影响。计算结果表明,采用复合材料的设备在地震动作用下,其顶部位移较大,使用管母线以及冗余度较小的软母线连接时,母线对设备可能存在牵拉作用。支架连梁及刀闸机构对设备的刚度影响显著。     

±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。     

基底隔震技术在高压电气设备中的应用

高压电气设备的绝缘部分由瓷套管组成,瓷是脆性材料,抗弯性能很差。为解决地震对高压电器设备的损害,文章将基底隔震技术应用到高压电气设备的抗震设计中,比较和分析非隔震高压隔离开关与基底隔震高压隔离开关地震时程响应结果,探讨基底隔震技术在高压电气设备抗震体系中应用的可行性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.