± 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。     

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。     

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。     

±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。     

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。     

363 kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x+y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

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。     

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。     

±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。     

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.     

±800 kV干式平波电抗器抗震性能分析

为了研究平波电抗器在地震下的动力响应以及设备耦联对地震响应的影响,文中采用Abaqus有限元软件对一典型±800 kV干式平波电抗器进行仿真模拟和模态分析,选取符合场地需求谱的三组地震波进行了地震响应计算,分析电抗器本体顶部加速度峰值、顶部相对位移峰值以及下部支撑绝缘子的根部应力峰值。重新建立双电抗器“T”型耦联模型,采用同样的地震波输入并提取地震响应峰值与单体响应结果对比,研究了耦联对电抗器地震响应的影响。研究发现在0.2 g地震波下,电抗器本体顶部加速度峰值均值达到2.34 m/s^(2),顶部相对地面的位移最大达到152.97 mm,根部应力峰值均值为22.88 MPa。耦联后电抗器本体顶部两个水平方向加速度峰值均有所降低,在耦联方向上顶部相对地面位移有所降低,而垂直于耦联方向的水平方向上的相对地面位移反而有所提高,耦联对电抗器支撑绝缘子根部应力峰值影响不大。工程中可采用各类减震隔震措施对电抗器特定方向的动力响应进行控制,以保证电抗器在地震下的结构安全。     

带电清洗剂对绝缘子用硅橡胶的溶胀效应及其影响研究

复合支柱绝缘绝缘子由于具有优异的防污性能,在直流换流站得到了广泛应用,但其在空间电荷和静电效应下积污严重而存在大面积污闪风险。为了评估复合支柱绝缘子带电绝缘清洗的可行性,对硅橡胶在新型绝缘清洗下的溶胀特性及其对硅橡胶的电气性能、力学性能以及憎水性的影响开展了试验分析。研究结果表明:硅橡胶溶胀随着溶胀时间的增加溶胀指数和直径增长率持续增大,浸泡时间20 min时圆形硅橡胶试样的直径增长率为4.7%、溶胀指数为6.8%。硅橡胶的复介电常数、复电容、介质损耗因素随着频率、溶胀指数增大而减小;在10-2~103Hz频域范围内硅橡胶溶胀不会造成介电性能下降。硅橡胶溶胀对憎水性和憎水迁移性无明显影响,干燥洁净硅橡胶溶胀前后接触角θ平均值在92°~98°范围内浮动,人工积污并经过憎水迁移后θ平均值在119°~128°范围内浮动。硅橡胶在发生溶胀后其力学性能小幅度下降,溶胀20 min的其断裂拉伸强度下降2%。试验结果表明硅橡胶在清洗剂中溶胀度受浸润时间影响较大,溶胀效应对憎水性、电气和力学性能影响较小,可通过采用易挥发配方或强对流措施控制清洗剂残留对硅橡胶的影响。     

川藏联网工程复合材料电气设备地震模拟振动台试验研究

复合材料电气设备由于其具有质量小强度高的材料特点,已在部分变电站内推广应用,但对于复合材料电气设备的抗震性能,尤其对于其真型设备的地震模拟振动台的试验研究,各国学者研究较少。依托于川藏联网工程,在总结国内外复合材料电气设备抗震研究成果的基础上,结合我国已有电气设备抗震研究成果,开展了适用于复合材料电气设备抗震性能评估方法的研究,确定了复合材料电气设备振动台试验输入波形、波形峰值加速度以及设备抗震能力判定原则,采用此方法对800 kV高抗套管、220 kV GIS外绝缘套管、110 kV及220 kV避雷器分别进行地震模拟振动台试验,得到了设备的动力特性和地震响应。由试验结果可以看出,参与试验的复合材料电气设备应力均满足设计基本加速度为0.4 g的抗震要求。     

基于电-力导纳型类比法电厂动力设备被动隔振机理分析

为分析单自由度弹簧被动隔振技术的隔振机理,采用电-力导纳型类比法求得阻尼系统振动方程。利用归一化处理方法考察了在不同频率比(z)和力学品质因子(Q_m)影响下,设备位移、速度、加速度的响应情况。分析发现,在z<1时,设备响应特性关系为位移>速度>加速度;在z>1时,设备响应特性关系为位移<速度<加速度;而当z=1时,设备响应特性关系为位移=速度=加速度,此时系统发生共振,且力学品质因素越大系统振动越剧烈;而当基础的干扰频率为系统固有频率的2 倍时,设备振动特性不受Q_m影响,且位移、速度和加速度传递比分别为1,2 ,2。该分析结果可为动力设备布置竖向弹簧隔振支座的隔振设计提供参考。     

220 kV支持式管型母线结构抗震性能

为了研究管型母线结构在地震中的安全性,以220 kV支持式管型母线结构为研究对象,采用有限元模态分析手段和时程计算方法,研究了结构在不同地震烈度下的振动响应特征,并计算了关键部位的主应力。计算结果表明：220 kV支持式管型母线结构的前10阶自振频率为1~3 Hz,处于地震波的卓越周期内,地震时结构容易出现共振;支柱绝缘子的最大弯矩都出现在底部,断裂破坏也最可能出现在这一部位;当地震荷载的烈度为7度及以下时,支柱绝缘子的最大拉应力小于陶瓷材料的设计极限应力,结构处于安全状态;在烈度为8度及以上的地震荷载作用下,会有部分位置的支柱绝缘子因受力超出材料的极限应力而发生断裂,结构处于危险状态。     

地震作用下断路器动力时程分析及阻尼效应研究

结合我国现行电力设施抗震设计规范(GB50260—96)、高压开关抗震试验标准(GB/T13549—92)及国际标准(IEEEStd693—2005),对电气设备的抗震分析与设计进行了讨论,提出了有关电气设备抗震设计中的一些关键问题,比如说动力时程分析中的地震动输入、支架动力放大系数、抗震设防等级等。首先采用ANSYS软件,以一220kV瓷柱型SF6断路器为研究对象,建立其有限元模型,开展了三类地震输入下的动力时程分析,详细介绍了电气设备动力时程分析方法。并通过对断路器关键节点和部位的位移、加速度及应力等参数的分析,得到了有关支架动力放大系数、支架设计、地震动输入、设备抗震能力等方面的一些结论;其次,通过调整断路器支架体系阻尼比的参数分析,得到了三类地震输入下的阻尼比对断路器地震响应的一些规律,适当提高设备体系的阻尼比,可显著提高设备的抗震能力。上述分析与研究对对改进高压电气设备抗震设计有一定的借鉴意义,对修订我国高压电气设备的抗震设计规范和制定相关标准有参考意义。     

我国西南山区输电线路场地地震效应

西南山区大部分为具覆盖层下伏基岩场地,并且地势陡峻。在其输电线路工程中,场地在地震作用下的稳定性对上部杆塔结构的安全影响较为明显。目前对于不同场地条件对地震动的影响有一定的研究,但针对西南山区陡坡地形,特别是具基岩场地中基岩强度对场地地震效应的研究还较少。以西南山区某典型输电线路场地为研究对象,采用FLAC3D数值分析软件,运用时程分析方法,分析场地地震峰值加速度放大系数、场地永久位移随覆盖层厚度和基岩强度的变化特征,探讨西南山区不同场地地基条件的地震效应。研究表明：随着覆盖层厚度的增加,场地峰值加速度放大系数逐渐减小、永久位移逐渐增大;随着基岩强度的增大,场地水平峰值加速度放大系数逐渐减小,竖向峰值加速度放大系数逐渐增大、永久位移逐渐减小。     

支柱绝缘子互连体系地震易损性分析

为了评估支柱绝缘子互连体系的抗震可靠性,需要考虑地震动输入波形和输入方向的随机性。通过讨论有限元建模与分析方法,运用概率地震易损性分析理论,得到了典型的支柱绝缘子互连体系在不同强度和不同输入方向的地震下损伤的概率。结果表明：该支柱绝缘子互连体系在八度大震下失效的概率为16.2%,对应输入方向为横向。以失效概率为评价指标的易损性分析方法,统一了电气设备抗震性能评价指标,为变电站的整体抗震可靠度评价打下了基础。     

换流站阀厅结构动力特性的实测研究

对正在施工过程中某换流站阀厅结构挂阀前后分别进行了动力测试,采集了控制点的加速度、位移时程,并对其进行了频谱等相关动力分析,全面地了解了换流站阀厅结构挂阀前后结构自振频率和阻尼比等动力特性的变化规律。为换流站阀厅结构的抗震设计提供了依据。