CN105735732A - 一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架及其应用，该支架为格构式支架，包括支架柱、横腹杆和斜腹杆，斜腹杆为刚度可调的杆件；将相互耦联的特高压变电设备设置在所述的支架顶部，调节支架斜腹杆的刚度使相互耦联的特高压设备在地震中保持同相位振动。与现有技术相比，本发明不改变变电站设备整体设置、不增大设备顶部位移、不对设备电气性能产生不利影响的前提下，在设备安装支架上设置刚度可调斜腹杆和在斜腹杆上设置消能减震装置，使各支架上的不同类型的设备在地震中保持同相位振动，而且地震响应也大大减小。
Description
技术领域
本发明属于特高压变电设备技术领域，尤其是涉及一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架。
背景技术
随着我国输变电工程向高压、超高压和特高压方向发展，特高压变电站和直流换流站中的各种电气设备，如隔离开关、避雷器、支柱绝缘子、旁路开关、电容器、电压互感器等，由于与大地绝缘要求，这些设备通常安装在格构式支架上，呈现了高、大、柔的结构特点。位于抗震区的变电站和换流站的变电设备的安装支架通常由型钢和钢管通过焊接或螺栓连接而成，不同类型的变电设备安装在这些支架上由母线连接起来。安装在这些支架上的变电设备动力特性相差较大，基本周期多与地震动主要周期重合，耗能能力差。且不同设备由于不同相位的运动致使其通过母线相互间产生耦联牵拉破坏：陶瓷支柱类设备产生脆断，复合材料类之间设备产生很大的相对变形。
针对变电站设备在地震中的严重损毁情况，一些研究者对变电站设备进行了抗震防护研究。韩军科等(2007)、Kong和Reinhorn等(2009)、Alessandri等(2015)等采取基础隔震对隔离开关、断路器进行隔震防护。尤红兵和赵凤新等(2010)、张雪松等(2011，2013)、李圣等(2015)通过在断路器、避雷器与支架的连接部位设置阻尼器来减轻这些变电设备地震作用。柏文和戴俊武(2015)用调谐质量阻尼器对瓷柱型高耸变电设备进行减震研究。这些基础隔震技术容易使设备在地震中倾覆，基础隔震设备与未隔震设备由于基本周期相差很大，顶部产生过大相对位移，之间产生耦联牵拉破坏。在设备与其安装支架之间安装阻尼器，容易在设备安装部位形成薄弱点，且放大了设备顶端位移，也容易致使不同设备之间振动存在相位差。安装在设备上调谐质量阻尼器，由于变电设备电气性能要求，致使调谐质量阻尼器在变电设备上无法安装。
中国专利CN202349088U披露了一种电气设备支架减震装置，包括：电气设备钢支架，包括：纵向平行设置的两根支架主材；两根所述支架主材之间等间隔固接有多根横向辅材；任意两根相邻的所述横向辅材与两根所述支架主材围成的格子区域的对角方向，固接有一对斜向辅材；多个减震器；一对所述斜向辅材之间连接有一所述减震器。此专利的减震器仅仅起到减震作用，本发明中减震器除了起到减震作用外，还起到与刚度可调的斜腹杆一起使相互耦联的变电设备达到同相位振动的作用。而且此专利只有两根纵向平行设置的支架主材，减震器只能在两根支架主材所在平面内起到减震作用，两根支架主材所在平面之外则不能起到减震作用。而且此专利的支架刚度固定，不能改变其上设备的自振频率，难以控制地震工程过程中耦联的变电设备之间的相互作用，不能达到本发明的效果。
中国专利CN101834410A披露了一种既有变电站母线设备体系的抗震加固改造方法，包括对变电站中一组母线连接设备体系中的设备的自振频率进行测量，找出这些设备频率的中间频率，将该组设备的频率调整为与中间频率接近；调整设备频率的方法是改造设备底部支架的结构形式以使得设备-支架整体的频率与该组设备的中间频率接近。此专利通过改变支架结构形式使相互耦联的特高压变电设备频率接近，每种设备具有特异性，实用性和适用性低，而本专利通过斜腹杆刚度并在斜腹杆上设置减震器改变相互耦联的特高压变电设备的频率的基础上使之实现同相位振动，不改变支架整体结构，操作简单方便快捷，实用性和适用性强，而且设置的减震装置能够有效的耗散地震的能量，也是此专利所缺少的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，能够在不影响电气功能要求的情况下使相互耦联的特高压变电设备在地震中保持同相位震动，并抑制支架上的特高压设备对地震的响应。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，该支架为格构式支架，包括支架柱、横腹杆和斜腹杆，斜腹杆为刚度可调的杆件。
所述的斜腹杆通过采用改变横截面积、改用不同屈服强度的材料、改变安装数量或改变安装角度中的一种或多种方式实现刚度可调。
所述的斜腹杆上设有消能减震装置。
所述的支架柱由四个主杆围成，相邻的两个主杆形成支架柱的一个侧面的两个棱，每个侧面沿高度方向布置多个横腹杆，将该侧面分割形成多个四边形，每个四边形不相邻的顶点之间设有斜腹杆。
支架柱的每个侧面设有相同数量的横腹杆，每个侧面上相应的横腹杆位于支架柱的同一高度处。
将相互耦联的特高压变电设备设置在所述的支架顶部，调节支架斜腹杆的刚度使相互耦联的特高压设备在地震中保持同相位振动。
本发明提出刚度可调节变电设备消能减震支架，通过调节支架的斜腹杆的刚度来使安装在各支架上的相互耦联的不同设备的基本振动周期相同，在地震中同相位振动，避免不同类型设备的相互耦联牵拉作用；并且，通过设置在斜腹杆上的消能减震装置耗能，抑制安装在各支架上设备的地震响应。
特高压变电站支架的侧向刚度主要由斜腹杆提供，因此改变斜腹杆的刚度可以调节支架的侧向刚度。通过改变斜腹杆的横截面积、改用不同屈服强度的材料、改变安装数量或改变安装角度中的一种或多种方式来实现支架整体侧向刚度可调节。在斜腹杆上装设消能减震装置或采用低屈服点的材料，使斜腹杆自身滞回变形来耗能，从而实现支架的消能减震作用。斜腹杆的刚度调节使得整个支架的刚度随之改变，从而可以使得相互耦联的特高压变电设备自振频率相同，在地震响应过程中达到同相位震动，从而避免了设备间的相互运动过大引起的动力相互作用。
斜腹杆刚度调节的各种措施对斜腹杆刚度以及振动频率的影响(单因素考察)：横截面积变大，斜腹杆刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。采用屈服强度高的材料，斜腹杆的刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。斜腹杆的安装数量多，斜腹杆的刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。斜腹杆的安装角度大(斜腹杆与横腹杆之间的夹角变大)，斜腹杆的刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。实际使用中可以合理选择这几种的调节方式的组合或单独采用某一种调节方式。
消能减震装置对支架上的特高压设备的自振频率没有明显影响，但可以增大安装在支架上设备的耗能能力，使设备的地震作用下的响应变小，起到保护设备的目的。
与现有技术相比，本发明的主要优点是：在不改变变电站设备整体设置、不增大设备顶部位移、不对设备电气性能产生不利影响的前提下，在设备安装支架上设置刚度可调斜腹杆和在斜腹杆上设置消能减震装置，使各支架上的不同类型的设备在地震中保持同相位振动，而且地震响应也大大减小。
本发明可用于特高压、超高压和高压交流变电站和直流换流站中安装在格构式支架上隔离开关、避雷器、支柱绝缘子、旁路开关、耦合电容器、电压互感器等变电设备。
附图说明
图1为本发明应用的示意图；
图2为本发明局部在侧向地震作用下的受力和变形示意图；
图中，1为母线，2为第一特高压变电设备，3为第二特高压变电设备，4为斜腹杆，5为消能减震装置，6为主杆，7为横腹杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，该支架为格构式支架，包括支架柱、横腹杆7和斜腹杆4，斜腹杆4为刚度可调的杆件。其中，斜腹杆4通过采用改变横截面积、改用不同屈服强度的材料、改变安装数量或改变安装角度中的一种或多种方式实现刚度可调。斜腹杆4上还设有消能减震装置5，用来增大安装在支架上设备的耗能能力，使设备的地震作用下的响应变小。支架柱由四个主杆6围成，相邻的两个主杆6形成支架柱的一个侧面的两个棱，每个侧面沿高度方向布置多个横腹杆7，将该侧面分割形成多个四边形，每个四边形不相邻的顶点之间设有斜腹杆4。支架柱的每个侧面设有相同数量的横腹杆7，每个侧面上相应的横腹杆7位于支架柱的同一高度处。将相互耦联的第一特高压变电设备2和第二特高压变电设备3设置在所述的支架顶部，两个特高压变电设备通过母线1连接，调节支架斜腹杆4的刚度，实现相互耦联的特高压设备在地震中保持同相位振动。如图1所示，首先将消能减震装置5两端通过螺栓连接安装斜腹杆4，再将整个斜腹杆4安装在由横腹杆7形成的四边形的斜对角节点上。
通过设备测量特高压变电设备及支架的响应，可以得到特高压变电设备本体和设备本体-支架整体的自振频率。
为了调整耦联的特高压变电设备频率接近，需要调整支架斜腹杆刚度。为施工方便可以将各耦联的特高压变电设备的频率的平均值作为目标频率。
通过力学计算，得到支架的斜腹杆4所需刚度。斜腹杆4可通过采用改变横截面积、改用不同屈服强度的材料、改变安装数量或改变安装角度中的一种或多种方式实现刚度可调。
其中，横截面积变大，斜腹杆4刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。采用屈服强度高的材料，斜腹杆4的刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。斜腹杆4的安装数量多，斜腹杆4的刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。斜腹杆4的安装角度大(斜腹杆4与横腹杆7之间的夹角变大)，斜腹杆4的刚度变大，支架的侧向刚度也增大，安装在支架上的设备的基本频率也增大。
通过调节斜腹杆的刚度使得相互耦合的特高压变电设备自振频率相同，以达到在地震响应中有相同的相位，避免变电设备连接部分在不同相位下震动造成拉扯或挤压破坏。
在地震作用下，支架会发生如图2所示位移变形，四边形四个节点位移方向如箭头所示，此时实线所示斜腹杆4受拉，发生拉伸变形，虚线所示斜腹杆4受压，发生压缩变形；在地震周期作用下，斜腹杆4反复受拉受压，斜腹杆4中间装备的消能减震装置5就能很好的耗散能量，使结构的地震响应迅速衰减。
Claims (6)
1.一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，该支架为格构式支架，包括支架柱、横腹杆和斜腹杆，其特征在于，斜腹杆为刚度可调的杆件。
2.根据权利要求1所述的一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，其特征在于，所述的斜腹杆通过采用改变横截面积、改用不同屈服强度的材料、改变安装数量或改变安装角度中的一种或多种方式实现刚度可调。
3.根据权利要求1所述的一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，其特征在于，所述的斜腹杆上设有消能减震装置。
4.权利要求1所述的一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，其特征在于，所述的支架柱由四个主杆围成，相邻的两个主杆形成支架柱的一个侧面的两个棱，每个侧面沿高度方向布置多个横腹杆，将该侧面分割形成多个四边形，每个四边形不相邻的顶点之间设有斜腹杆。
5.权利要求4任一所述的一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架，其特征在于，支架柱的每个侧面设有相同数量的横腹杆，每个侧面上相应的横腹杆位于支架柱的同一高度处。
6.如权利要求1～5任一所述的一种刚度可调节特高压变电设备消能减震支架的应用，其特征在于，将相互耦联的特高压变电设备设置在所述的支架顶部，调节支架斜腹杆的刚度使相互耦联的特高压设备在地震中保持同相位振动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160706 |