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。     

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。     

1100kV柱式断路器地震模拟振动台试验及数值分析

为研究1100kV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。     

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。     

1000kV角钢塔地震模拟振动台试验研究

为分析地震作用下1 000 kV特高压角钢输电塔动力反应特点以及导、地线质量对该塔架结构动力反应的影响,开展地震模拟振动台试验。选取4种不同类型的地震动输入,针对单塔及单塔悬挂集中质量进行8度烈度水准下的动力反应测试。试验结果表明:该型输电塔悬挂集中质量块后顺线路方向自振频率降低了2%,横线路方向自振频率降低了17%。对于绝缘子采用V型悬挂方式的杆塔结构,在计算塔动力特性时,垂直线路方向需考虑绝缘子连接方式及导线质量的影响。因该型输电塔结构横担较长,高宽比较小,地震反应有显著空间耦合性,地震作用下结构的扭转反应较易激起。总体而言,导线质量对输电塔抗震是有利的,塔线体系动力分析时考虑导线质量的影响将会更加真实地估计结构杆件内力。     

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。     

220kV隔离开关地震模拟振动台试验

隔离开关是输变电系统中的重要设备,在历次地震中的损坏极其严重,其中瓷瓶根部断裂是其典型破坏特征。为此,文章采用220 kV隔离开关真型试件进行振动台试验研究,通过白噪声扫描和抗震试验,测定设备关键部位的位移、应变和加速度,从而分析支架结构型式和刀闸对瓷瓶响应的影响。结果表明,隔离开关动侧与静侧瓷瓶响应的相关程度显著,且支架的放大系数远超规范中指定参数。     

±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度设计

基于空气净距及爬电距离,对直流穿墙套管外绝缘的空气净距、爬电距离等进行了研究,给出直流穿墙套管外绝缘长度设计原则,其外绝缘长度设计需同时满足空气净距及爬电距离的要求。根据设计原则,采用计算空气净距及爬电距离的设计方法,对昌吉站±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度进行了分析计算。结果表明,昌吉站±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度最小值为12.99m。     

±800 kV隔离开关地震模拟振动台试验研究

高电压等级的隔离开关具有跨度长、重心高、柔度大等特点,对地震作用敏感,其抗震性能十分关键。为此,对某三柱式800 k V隔离开关进行了真型振动台试验研究,得到了试品隔离开关的动力特性及其在地震作用下的响应规律。并通过加速度放大效应及谱分析方法研究了隔离开关对其支柱在不同方向上的作用力特点。结果表明,试品空间格构的结构形式有效抑制了设备重心高、柔度大等特点对抗震性能带来的不利影响。隔离开关对其支柱在长跨方向上存在一定约束作用,而在横向上约束作用较弱。且隔离开关合闸后会放大动侧支柱地震响应而减小静侧支柱地震响应。     

220kV断路器抗震性能地震模拟振动台试验

在汶川大地震中,变电站的大量电气设备受到了破坏.作为变电站的一种主要设备,断路器的抗震性能需要进行研究.根据地震中断路器的实际破坏情况,采用220 kV单极瓷柱式断路器的足尺寸真型试件进行了地震模拟振动台试验研究.通过测定其在不同地面运动输入作用下设备关键部位的加速度、位移、应变等主要参数,研究了此断路器设备结构的动力...     

750 kV复合横担外绝缘特性试验研究

复合材料横担凭借其耐污性、耐雷性优良、重量轻、便于安装等优点,在架空输电线路中具有大规模应用的潜力。为了深入研究复合横担绝缘子的外绝缘特性,实现在750 kV交流输电线路上改造应用的目标,采用750 kV复合横担真型塔头试品,通过模拟系统操作过电压和雷电过电压对试品进行塔头冲击电压试验,同时在大型环境气候试验室开展了全尺寸复合横担绝缘子人工污秽工频电压试验。试验结果表明该复合横担塔头绝缘强度可以满足我国西北地区海拔1500 m条件下的750 kV交流输电线路运行要求。     

1100kV气体绝缘双屏蔽复合套管优化设计

分析了1 100 k V气体绝缘双屏蔽复合套管各组成部分对套管电气性能的影响,建立数学模型,利用ANSYS软件对复合套管电场分布进行了计算与优化,优化结果表明,在雷电冲击电压下,套管各部分电位分布均匀,套管内部及绝缘子表面场强满足理论要求且裕量充足。该产品已通过全部型式试验,满足了各项技术指标及工程需要。     

1100 kV特高压变压器瓷套管地震作用破坏试验与分析

为了评估某型1 100 kV特高压(UHV)变压器瓷套管的抗震性能及其可能存在的抗震薄弱位置,对该套管进行了地震模拟振动台试验,获得了套管的动力特性及在不同地震动输入工况下的地震响应。试验结果表明,特高压套管自振频率较低,阻尼比小,其自身对地震动有较大的放大作用。在目标峰值人工波激励下,套管铸铝法兰下部连接套筒底板发生破坏,出现沿法兰加劲肋分布的裂缝且发生漏油,其破坏现象与汶川灾害中出现的套管破坏特征一致。发生破坏后,套管基频降低,阻尼比升高。对其破坏现象进行了分析,明确了该型套管的破坏原因。该型特高压变压器套管抗震设计薄弱位置位于其铸铝法兰与加劲肋连接处,应对此处结构进行优化以提高套管抗震性能。     

1100kV变压器套管抗震性能研究

通过对某型1 100 kV变压器套管(A型)的抗震计算,发现瓷件圆弧处的应力比瓷根部直线部分的应力大的现象。在另一种结构的1 100 kV变压器套管(B型)的抗震试验中,证实了计算中遇见的瓷件圆弧处的应力比直线部分应力大的现象,因此仅以瓷根处直线部分的应力作为抗震试验通过与否的标准并不准确,如何判断抗震试验是否通过还需进一步的探讨。     

硬管母线连接的1000 kV复合外套避雷器和互感器地震模拟振动台试验研究

为研究地震作用下硬管母线连接的特高压复合外套电气设备的地震效应,依据特高压电气设备抗震试验方法进行了硬管母线连接的1 000 kV复合外套避雷器和互感器组成的互连结构体系的地震模拟振动台试验。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:互连结构体系沿管母轴线方向的耦合效应强于垂直管母轴线方向;输入目标峰值加速度越大,互连结构体系的非线性特性越明显;沿管母轴线方向的地震波激励引起的扭转振动中互感器设备的地震响应较为显著;采用减震设计可以显著减小设备的地震响应;支架加速度动力放大系数明显大于支架应变响应动力放大系数,兼顾电气设备抗震性能评估及支架结构设计的经济性,采用1.4倍的支架应变响应作为支架动力放大系数较为合理,且具有较好的包络性。     

1100kV变压器套管抗震性能

为评估某型号1 100 kV变压器陶瓷套管的抗震性能,对该型套管进行了有限元分析和振动台试验。有限元分析和振动台试验得到了套管的自振频率和振型以及套管在地震波激励下的加速度、应变和位移响应。有限元分析基本预测了套管的动力特性和地震响应。结果表明:该型特高压变压器瓷套管前3阶的模态频率都在地震动的主要频率影响范围内,套管的振型为弯曲变形,阻尼比仅为0.009 8;在单向幅值为0.5g(g为重力加速度)的地震激励下,套管没有出现结构性破坏;套管的加速度响应以第1和2阶模态振动响应为主;套管空气侧瓷套底部的变截面处的抗拉正应变达432με(ε为应变),根部抗拉正应变为120με;套管顶部和底部的位移响应分别达92mm和12 mm;套管法兰处的弯曲刚度发生了较大变化,法兰处的抗弯刚度仅为相邻瓷套抗弯刚度的1/7。     

特高压变电站内110 kV电容器组模型地震模拟振动台试验

为明确110 k V电容器组地震响应规律,提高特高压变电站的地震安全性,首次对特高压变电站内110 k V电容器组模型进行地震模拟振动台试验研究。通过振动台试验的方式,测定电容器组模型的动力特性及地震作用下关键部位的加速度、位移、应变等参数。试验结果显示,试件两水平向1阶频率分别为2.69 Hz、3.39 Hz,处于地震动卓越频率段;试件结构对地震加速度有放大作用,且放大作用与高度呈非线性关系;在目标峰值加速度为0.2g(g=9.8 m/s2)的地震波作用下,试件最大应变出现在底部绝缘子根部,计算得到最大应力为25.10 MPa,低于绝缘子破坏应力。该研究明确110 k V电容器组具有较高地震易损性,抗震关键部位为底部支柱绝缘子,为该类设备的抗震性能研究提供了数据支撑。     

±1100kV直流分压器外绝缘结构的设计

在±1 100 k V特高压直流输电设备外绝缘设计尚属空白的情况下,笔者通过对±1 100 k V直流分压器空心绝缘子爬电距离、干弧距离的计算,对伞裙结构及其参数的设计以及均压环配置的研究,探讨了±1 100 k V特高压直流输变电设备外绝缘设计方法与步骤,为特高压直流输电设备外绝缘设计提供理论参考。以交流外绝缘设计为基础,通过分析交、直流复合绝缘子爬电距离的关系,完成±1 100 k V直流分压器绝缘子爬电距离的计算。分析了影响直流换流站输电设备绝缘水平的因素,确定了直流绝缘子干弧距离是由正极性操作冲击电压决定原则,并对±1 100 k V直流正极性操作冲击电压特性进行了分析与计算,进而完成干弧距离的估算。在上述工作的基础上,依据IEC 60815标准对伞裙结构及其特征参数进行了设计与校验。最后,建立直流外绝缘电场计算模型,完成均压环的配置,并采用遗传算法对均压环的结构参数进行优化设计。