CN106644338A - 一种检验特高压电气设备抗震性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检验特高压电气设备抗震性能的方法，所述方法包括：获取特高压电气设备抗震标准反应谱，获取设防烈度对应的所述特高压电气设备对应的地震反应加速度峰值，并根据所述地震反应加速度峰值，确认所述特高压电气设备地震试验波形。修正所述地震试验波形加速度，将地震修正试验波形输入被检测特高压电气设备。建立所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合抗震性能检验模型，获取所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合作用产生的总应力。根据所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合产生的总应力获取所述特高压电气设备的安全系数。

Description

一种检验特高压电气设备抗震性能的方法

技术领域

本发明涉及电气设备防震领域，更具体地，涉及一种检验特高压电气设备抗震性能的方法。

背景技术

随着电网建设的发展，越来越多的特高压电气设备将在地震区安装和使用，这对电气设备的抗震性能提出了更高的要求。因此，设备在投入使用前的抗震试验鉴定显得尤为重要。我国目前针对特高压变电设备的抗震振动台试验测试方法，大多数是参照750kV及以下电压等级设备的抗震试验方法进行。低电压等级设备的抗震试验多参照建筑物的抗震试验方法，常常选用共振拍波和特定场地周期对应的时程波。

共振拍波试验的目的是通过对设备输入与其基频相一致的拍波使设备达到共振的目的，从而考核设备的抗震性能，由于750kV及以下等级电气设备在试验过程中的非线性因素不明显，因此，共振拍波试验对于此类型设备是适用的，能使设备在试验过程中达到共振的目的。但由于特高压电气设备相对于低电压等级设备具有“高、柔、重、大”等结构特点，在地震作用下的非线性特征明显，试验过程中设备基频随着刚度的降低而降低，设备在试验过程中很难完全达到与输入频率共振，影响到设备抗震评估结果的准确性。采用特定场地周期对应的时程波对设备进行抗震试验时，导致不同地区设备的抗震设防水平不一致，这对于采用标准化生产和批量化生产的电气设备抗震能力的考核并不具有普适性。此外，针对试验完成后的数据处理原则，目前也没有明确规定，导致不同振动台给出的试验结果差别较大。目前低电压等级电气设备抗震试验方法中不考虑组合荷载(如实际工作状态中设备之间有导线拉力和风荷载等)，不考虑这种荷载组合方式得到的试验结果进行抗震能力的评定是不完善的。

因此，由于特高压电气设备有别于较低电压等级设备结构特点，继续参照较低电压等级设备的抗震技术要求进行试验，易导致设备抗震能力考核不足，给工程应用带来不安全隐患，需要针对特高压变电设备建立相应的抗震性能检验方法。

发明内容

本发明提出了一种检验特高压电气设备抗震性能的方法，以解决特高压设备抗震性能检查的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种检验特高压电气设备抗震性能的方法，所述方法包括：获取特高压电气设备抗震标准反应谱，获取设防烈度对应的所述特高压电气设备对应的地震反应加速度峰值，并根据所述地震反应加速度峰值，确认所述特高压电气设备地震试验波形；

修正所述地震试验波形加速度，将地震修正试验波形输入被检测特高压电气设备；

建立所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合抗震性能检验模型，获取所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合作用产生的总应力；

根据所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合产生的总应力获取所述特高压电气设备的安全系数。

优选地，所述特高压设备抗震标准反应谱对应的地震影响系数α为：

其中，

式(1)至(4)中：α_max为地震影响系数最大值；T为特高压电气设备自振周期；γ为曲线下降段的衰减指数；η₁为直线下降段的下降斜率调整系数，小于0时取0；η₂为阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55；ζ为结构阻尼比。

优选地，向所述特高压电气设备输入加速度峰值为0.05-0.08g的白噪声，持续时间不小于60s，用于获取所述特高压电气设备的自振周期。

优选地，确定所述标准反应谱的卓越周期范围为0.1-0.9s。

优选地，所述地震试验波形反应谱包络地震标准反应谱，所述地震试验波形反应谱与所述地震标准反应谱的谱值之差为0-50％。

优选地，允许特高压设备响应反应谱有多于1个单点在容差带之外，并且与所述特高压设备共振频率不一致。

优选地，所述单点个数不超过5个。

优选地，所述修正所述地震试验波形加速度包括：

获取支架动力放大系数；

获取包络放大系数；

所述修正所述地震试验波形加速度＝支架动力放大系数*包络放大系数*标准峰值加速度。

优选地，所述建立所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合抗震性能检验模型，获取所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合作用产生的总应力包括：Z＝Z_Ge+Z_Eh+Z_Pk+0.25Z_Wk+Z_Fj(5)

式(5)中：Z为地震作用和其他荷载的组合；Z_Ge为设备自重标准值；Z_Eh为地震作用标准值，仅考虑一个水平方向地震组合系数为1，同时考虑两个水平方向的地震作用时组合系数为1：1，组合考虑竖直方向地震作用时组合系数为0.8；Z_Pk为内部压力标准值；Z_Wk为风荷载标准值，按照设备应用所在当地百年一遇的风速取值；Z_Fj为试验过程中考虑到设备之间在实际工程中是相互连接，针对单体设备需要考虑等效简化的附加质量。

优选地，判断所述特高压电气设备的安全系数是否大于安全系数阈值，若是，则所述特高压电气设备通过抗震性能判断；否则，所述特高压电气设备没有通过抗震性能判断。

本发明的技术方案，通过获取特高压电气设备抗震标准反应谱以及该反应谱的卓越周期，可以实现特高压电气设备抗震试验的共振需求，扩大了可包络特高压电气设备抗震试验的标准反应谱的设备类型范围。本发明提出的技术方案，基于覆盖特高压电气设备基本分布，并且适用于试验中非线性特征明显的特高压电气设备的抗震试验，为特高压电气设备的抗震性能评估提供了依据。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明一实施方式的标准反应谱地震影响曲线；以及

图2为根据本发明一实施方式一种检验特高压电气设备抗震性能的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明一实施方式的标准反应谱地震影响曲线。如图1所示，图1为符合一定频谱特性的标准反应谱，曲线图的横坐标以周期表示，纵坐标为地震影响加速度值。从形式上看，图1分为5段，即水平段，指周期小于0.03s的区段；直线上升段，指周期为0.03至1s的区段；水平段，即自0.1s至0.9s的区段；曲线下降阶段，即自0.9s至4.5s的区段；直接下降段，即自4.5s至6s的区段。本发明实施方式提出的标准反应谱采用图1形式的频谱。

优选地，综合对典型强震记录的统计分析、相关规范反应谱的比较，并结合特高压设备的结构特点，得到特高压标准反应谱，相对应的地震影响系数曲线如图1所示，其形状参数公式及数值确定如下：

(1)水平段，周期小于0.03s的区段。

(2)直线上升段，自0.03s至0.1s的区段。

(3)水平段，自0.1s至0.9s的区段。

(4)曲线下降段，自0.9s至4.5s的区段。

(5)直线下降段，自4.5s至6s区段。

(6)地震影响系数α曲线表达式如下：

式(1)至(4)中：α_max为地震影响系数最大值，α_max可以根据《电力设施抗震设计规范》GB50260-2013表5.0.3-1获取；T为特高压电气设备自振周期；γ为曲线下降段的衰减指数；η₁为直线下降段的下降斜率调整系数，小于0时取0；η₂为阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55；ζ为结构阻尼比，根据特高压电气设备实际测量值确定，本发明实施方式中取0.02。

优选地，本发明实施方式中，试验波强震段持时指从曲线开始达到最大值25％到最后下降到25％的这段时间的时间历程，试验波强震段持时不应少于20s。

优选地，本发明实施方式中，确定标准反应谱的卓越周期范围为0.1-0.9s，包络性特征周期确定为0.9s，特高压电气设备基频大都在该标准反应谱的周期范围内，即使试验过程中特高压电气设备频率降低，也有能与特高压电气设备共振的地震波成分，可使特高压电气设备抗震试验评估的结果更加合理。

图2为根据本发明一实施方式一种检验特高压电气设备抗震性能的方法流程图。由图2所示，方法200从201开始，优选地，在步骤201，获取特高压电气设备抗震标准反应谱，获取设防烈度对应的所述特高压电气设备对应的地震反应加速度峰值，并根据所述地震反应加速度峰值，确认所述特高压电气设备地震试验波形。本发明实施方式，根据电网工程中设备选用的便利性以及不同类型场地件的适用性，提出了适用于特高压电气设备抗震试验的标准反应谱。标准反应谱的公式、参数及参数的确定可以参考图1的实施方式。

优选地，向特高压电气设备输入加速度峰值为0.05-0.08g的白噪声，持续时间不小于60s，用于获取特高压电气设备的自振周期。

优选地，在步骤202，修正所述地震试验波形加速度，将地震修正试验波形输入被检测特高压电气设备。

优选地，特高压电气设备所用支架高度一般为6m～9m，其支架动力放大系数可控制在1.4及以下。支架与电气设备应作为一个整体进行抗震评估，若仅对电气设备本体进行抗震试验，地震输入加速度应乘以支架动力放大系数1.4。本发明实施方式中，仅对特高压电气设备进行抗震评估，因此地震输入加速度应取基本加速度再乘以支架动力放大系数1.4。

优选地，由于实际特高压电气设备实际输出的加速度值往往会低于加速度目标值，因此，选定包络放大系数为1.1，因此地震输入加速度应取基本加速度再乘以选定包络放大系数1.1。

优选地，最终修正所述地震试验波形加速度＝支架动力放大系数*包络放大系数*标准峰值加速度。

优选地，本发明实施方式中，地震作用可以分解为三个方向的振动，两个水平向和一个垂直向。一般对于不是大跨度、长悬臂的电气设备，本发明实施方式不考虑竖向的地震作用。

对于轴对称设备，由于不会出现明显的扭转振型，一个水平方向的地震输入不会造成另一个水平方向上明显的震动响应，即两个方向的地震响应基本上是相互独立的，只需要进行单水平向地震试验就能够判断设备的抗震能力。对于非轴对称设备，至少考虑两个水平方向输入试验波。

优选地，本发明实施方式中，试验波强震段持时指从曲线开始达到最大值25％到最后下降到25％的这段时间的时间历程，试验波强震段持时不应少于20s。

优选地，所述地震试验波形反应谱包络标准反应谱，所述地震试验波形反应谱与所述标准反应谱的谱值之差为0-50％。允许特高压设备响应反应谱有多于1个单点在容差带之外，并且与所述特高压设备共振频率不一致。所述单点个数不超过5个。

优选地，在步骤203：建立所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合抗震性能检验模型，获取所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合作用产生的总应力。

电气设备的地震作用和其他荷载的组合，应按下式计算：

Z＝Z_Ge+Z_Eh+Z_Pk+0.25Z_Wk+Z_Fj (5)

式(5)中：Z为地震作用和其他荷载的组合；Z_Ge为设备自重标准值；Z_Eh为地震作用标准值，仅考虑一个水平方向地震组合系数为1，同时考虑两个水平方向的地震作用时组合系数为1：1，组合考虑竖直方向地震作用时组合系数为0.8；Z_Pk为内部压力标准值；Z_Wk为风荷载标准值，按照设备应用所在当地百年一遇的风速取值；Z_Fj为试验过程中考虑到设备之间在实际工程中是相互连接，针对单体设备需要考虑等效简化的附加质量，本发明实施方式中针对跨度为8.5m、连接管母外径为200mm，内径为180mm，主要由避雷器和互感器作为支撑的特高压回路系统中，避雷器设备顶部应考虑施加300kg的配重，电压互感器设备顶端施加200kg配重，其它设备顶端配重按照实际情况等效简化取值。

优选地，在步骤204，根据所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合产生的总应力获取所述特高压电气设备的安全系数。优选地，采用用特电压电气设备瓷套管的破坏应力进行抗震能力评时，安全系数阈值为1.67，即满足公式(6)：

σ_tot≤σ_v/1.67 (6)

式(6)中：σ_tot为地震作用和其他荷载产生的总应力(Pa)；由式(5)中地震作用应力和其他荷载的组合应力之和计算获取。σ_v为设备或材料的破坏应力值(Pa)；

优选地，当满足7种典型特高压电气设备应力安全系数为要求安全系数阈值1.67时，设备顶端位移角为0.90％～1.27％，为了便于工程设计使用，将特高压电气设备顶端位移角1％作为其变形控制参数。

本发明的实施方式，通过获取特高压电气设备抗震标准设备标准反应谱以及该反应谱的卓越周期，可以实现特高压电气设备抗震试验的共振需求，扩大了可包络特高压电气设备抗震试验的标准反应谱的设备类型范围。本发明提出的实施方式，基于覆盖特高压电气设备基本分布，并且适用于试验中非线性特征明显的特高压电气设备的抗震试验，为特高压电气设备的抗震性能评估提供了依据。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种检验特高压电气设备抗震性能的方法，所述方法包括：

获取特高压电气设备抗震标准反应谱，获取设防烈度对应的所述特高压电气设备对应的地震反应加速度峰值，并根据所述地震反应加速度峰值，确认所述特高压电气设备地震试验波形；

修正所述地震试验波形加速度，将地震修正试验波形输入被检测特高压电气设备；

建立所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合抗震性能检验模型，获取所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合作用产生的总应力；

根据所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合产生的总应力获取所述特高压电气设备的安全系数。

2.根据权利要求1所述的方法，所述特高压设备抗震标准反应谱对应的地震影响系数α为：

$\mathrm{\&alpha;}=\left\{\begin{array}{cc}0.4{\mathrm{\&alpha;}}_{\max }& 0\&le;T<0.03\\ \&lsqb;0.4+\frac{{\mathrm{\&eta;}}_2-0.4}{0.07}\left(T-0.03\right)\&rsqb;{\mathrm{\&alpha;}}_{\max }& 0.03\&le;T<0.1\\ {\mathrm{\&eta;}}_2{\mathrm{\&alpha;}}_{\max }& 0.1\&le;T<0.9\\ {\left(\frac{0.9}{T}\right)}^{\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&eta;}}_2{\mathrm{\&alpha;}}_{\max }& 0.9\&le;T<4.5\\ \&lsqb;{\mathrm{\&eta;}}_2{0.2}^{\mathrm{\&gamma;}}-{\mathrm{\&eta;}}_1\left(T-4.5\right)\&rsqb;{\mathrm{\&alpha;}}_{\max }& 4.5\&le;T<6.0\end{array}\right.---\left(1\right),$

其中，

${\mathrm{\&eta;}}_1=0.02+\frac{0.05-\mathrm{\&xi;}}{4+32\mathrm{\&xi;}}---\left(3\right),$

${\mathrm{\&eta;}}_2=1+\frac{0.05-\mathrm{\&xi;}}{0.08+1.6\mathrm{\&xi;}}---\left(4\right),$

式(1)至(4)中：α_max为地震影响系数最大值；T为特高压电气设备自振周期；γ为曲线下降段的衰减指数；η₁为直线下降段的下降斜率调整系数，小于0时取0；η₂为阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55；ζ为结构阻尼比。

3.根据权利要求1所述的方法，向所述特高压电气设备输入加速度峰值为0.05-0.08g的白噪声，持续时间不小于60s，用于获取所述特高压电气设备的自振周期。

4.根据权利要求1所述的方法，确定所述标准反应谱的卓越周期范围为0.1-0.9s。

5.根据权利要求1所述的方法，所述地震试验波形反应谱包络地震标准反应谱，所述地震试验波形反应谱与所述地震标准反应谱的谱值之差为0-50％。

6.根据权利要求5所述的方法，允许特高压设备响应反应谱有多于1个单点在容差带之外，并且与所述特高压设备共振频率不一致。

7.根据权利要求6所述的方法，所述单点个数不超过5个。

8.根据权利要求1所述的方法，所述修正所述地震试验波形加速度包括：

获取支架动力放大系数；

获取包络放大系数；

所述修正所述地震试验波形加速度＝支架动力放大系数*包络放大系数*标准峰值加速度。

9.根据权利要求1所述的方法，所述建立所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合抗震性能检验模型，获取所述特高压电气设备地震作用与其他荷载组合作用产生的总应力包括：

Z＝Z_Ge+Z_Eh+Z_Pk+0.25Z_Wk+Z_Fj (5)

式(5)中：Z为地震作用和其他荷载的组合；Z_Ge为设备自重标准值；Z_Eh为地震作用标准值，仅考虑一个水平方向地震组合系数为1，同时考虑两个水平方向的地震作用时组合系数为1：1，组合考虑竖直方向地震作用时组合系数为0.8；Z_Pk为内部压力标准值；Z_Wk为风荷载标准值，按照设备应用所在当地百年一遇的风速取值；Z_Fj为试验过程中考虑到设备之间在实际工程中是相互连接，针对单体设备需要考虑等效简化的附加质量。

10.根据权利要求1所述的方法，判断所述特高压电气设备的安全系数是否大于安全系数阈值，若是，则所述特高压电气设备通过抗震性能判断；否则，所述特高压电气设备没有通过抗震性能判断。