CN107525643B - 特高压直流穿墙套管抗震试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置，包括支架；穿墙套管，穿墙套管和支架之间设有阻尼装置；振动发生器；加速度测量组件，加速度测量组件包括第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计，第一加速度计用于测量穿墙套管的加速度数据，第二加速度计用于测量支架的加速度数据，第三加速度计用于测量阻尼装置的加速度数据。通过加速度测量组件的设置，当启动振动发生器模拟地震情形时，加速度测量组件分别测得穿墙套管、支架和阻尼装置的加速度数据，对加速度数据进行分析处理得到特高压直流穿墙套管的抗震性能，对阻尼装置的加速度数据进行分析以获得阻尼装置对抗震可靠性的影响，以全面获取抗震试验数据。

Description

特高压直流穿墙套管抗震试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及变电设备技术领域，特别是涉及一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置及试验方法。

背景技术

换流站是指在高压直流输电系统中，为完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。特高压直流穿墙套管是换流站正常工作的重要构件之一。当特高压直流穿墙套管的工作环境处于地震多发地带或易振动区域时，一旦发生地震，特高压直流穿墙套管会受到强烈的振动，从而严重影响到特高压直流穿墙套管的工作性能，进而影响到换流站的正常输电和换流功能。然而，目前还没有专门的针对特高压直流穿墙套管的抗震试验装置，因而无法对其进行抗震性能的针对性研究。

发明内容

基于此，有必要针对目前没有专门的特高压直流穿墙套管抗震试验装置的问题，提供一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置及试验方法。

其技术方案如下：

一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置，包括支架；设于支架的穿墙套管，穿墙套管和支架之间设有阻尼装置；振动发生器，振动发生器的输出端与支架的振动输入端连接；加速度测量组件，加速度测量组件包括第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计，第一加速度计用于测量穿墙套管的加速度数据，第一加速度计设于穿墙套管，第二加速度计用于测量支架的加速度数据，第二加速度计设于支架，第三加速度计用于测量阻尼装置的加速度数据，第三加速度计设于阻尼装置。

上述特高压直流穿墙套管抗震试验装置，通过加速度测量组件的设置，当启动振动发生器模拟地震情形时，加速度测量组件分别测得穿墙套管、支架和阻尼装置的加速度数据，对加速度数据进行分析处理得到特高压直流穿墙套管的抗震性能，对阻尼装置的加速度数据进行分析以获得阻尼装置对抗震可靠性的影响，以全面获取抗震试验数据。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，阻尼装置包括至少两个阻尼单元，阻尼单元的一端与穿墙套管连接，阻尼单元的另一端与支架连接，各个阻尼单元的重心位置均设有第三加速度计。阻尼装置设有多个阻尼单元，多个阻尼单元均设置第三加速度计以获取不同阻尼单位所处位置的加速度数据，分析阻尼装置不同位置受到的振动情况。

在其中一个实施例中，穿墙套管包括第一套管和第二套管，第一套管的管轴线与第二套管的管轴线重合，还设有连接第一套管和第二套管的第一法兰，阻尼装置设在第一法兰和支架之间。第一套管和第二套管通过第一法兰连接在一起，阻尼装置设在第一法兰和支架之间，起到对第一套管和第二套管的缓冲减震作用。

在其中一个实施例中，第一套管的另一端设有第二法兰，第二套管的另一端设有第三法兰，第一法兰的两端均设有第一加速度计，第二法兰和第三法兰均设有第一加速度计。由于第一套管的外表面有弹性，第二套管的外表面也有弹性，如果直接设置第一加速度计在第一套管或第二套管的外表面，可能会因弹性而导致测得加速度数据不准确，降低试验数据和分析结果的可靠性，因而将不同位置的第一加速度计设在相应的第一法兰、第二法兰和第三法兰上，以更准确的获得第一套管端部的加速度数据和第二套管端部的加速度数据。

在其中一个实施例中，穿墙套管所在轴线为X轴，水平面内垂直于X轴的轴线为Y轴，竖直平面内垂直于X轴的轴线为Z轴，第一加速度计包括X轴向加速度计、Y轴向加速度计和Z轴向加速度计，X轴向加速度计、Y轴向加速度计和Z轴向加速度计均设于穿墙套管的一侧，穿墙套管的另一侧还设有一个Z轴线加速度计。第一加速度计包括三个单向加速度计，以测得不同方向的加速度数据，在三个单向加速度计的另一侧另外设置一个Z轴向加速度计，以测得振动对穿墙套管产生的扭转分量，用来分析振动对穿墙套管产生的影响。

在其中一个实施例中，支架包括底架和设于底架上的支撑架，底架设有至少一个第二加速度计，支撑架设有至少一个第二加速度计。第二加速度计设在支架的不同位置，以测得支架不同位置的加速度数值，并分析不同位置的振动情况及支架不同位置对振动的放大作用。

在其中一个实施例中，穿墙套管与水平面呈夹角的设于支架。在实际使用中，穿墙套管一般呈倾斜设置，为模拟真实的使用情景，将穿墙套管倾斜设于支架，以更接近真实的使用情景，对其进行抗震试验分析。

在其中一个实施例中，还包括用于测量穿墙套管应变数据的应变计，应变计设有至少两个，应变计设于穿墙套管的端部。应变计的设置用于测量穿墙套管的应变数据，以作为加速度数据的测量补充，进一步分析穿墙套管所受应力是否满足设定的要求。

在其中一个实施例中，还包括终端处理装置，终端处理装置与加速度测量组件和振动发生器均电性连接。通过终端处理装置，汇总加速度测量数据进行处理。

一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置的试验方法，包括以下步骤：

安装穿墙套管于支架，在支架与穿墙套管之间安装阻尼装置，安装振动发生器；

在穿墙套管安装第一加速度计，在支架安装第二加速度计，在阻尼装置安装第三加速度计；

启动振动发生器；

第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计分别测量穿墙套管、支架和阻尼装置的加速度数据；

对穿墙套管的加速度数据、支架的加速度数据和阻尼装置的加速度数据进行处理分析，得到特高压直流穿墙套管的抗震性能。

利用特高压直流穿墙套管的抗震试验装置进行试验，并得出穿墙套管的抗震试验数据，以最终得到特高压直流穿墙套管的整体抗震性能。

附图说明

图1为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的整体结构示意图；

图2为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的阻尼装置的结构示意图；

图3为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的穿墙套管的结构示意图；

图4为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的第一加速度计结构布置示意图；

图5为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的支架结构主视图；

图6为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的支架结构侧视图；

图7为特高压直流穿墙套管抗震试验装置的穿墙套管应变计布置示意图；

图8为第一应变计的布置示意图；

图9为第二应变计的布置示意图。

110、第一套管，120、第二套管，200、支架，210、支撑架，220、底架，310、第一法兰，320、第二法兰，330、第三法兰，400、阻尼单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。另外，本文中所指的“垂直于”设置并非必须是数学几何上的严格垂直，在满足功能实现的基础上可以允许误差或偏差的存在。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置，包括支架200；设于支架200的穿墙套管，穿墙套管和支架200之间设有阻尼装置；振动发生器，振动发生器的输出端与支架200的振动输入端连接；加速度测量组件，加速度测量组件包括第一加速度计A1、第二加速度计A2和第三加速度计A3，第一加速度计A1用于测量穿墙套管的加速度数据，第一加速度计A1设于穿墙套管，第二加速度计A2用于测量支架200的加速度数据，第二加速度计A2设于支架200，第三加速度计A3用于测量阻尼装置的加速度数据，第三加速度计A3设于阻尼装置。

通过加速度测量组件的设置，当启动振动发生器模拟地震情形时，加速度测量组件分别测得穿墙套管、支架200和阻尼装置的加速度数据，对加速度数据进行分析处理得到特高压直流穿墙套管的抗震性能，对阻尼装置的加速度数据进行分析以获得阻尼装置对抗震可靠性的影响，以全面获取抗震试验数据。

在上述任一实施例的基础上，阻尼装置包括至少两个阻尼单元400，阻尼单元400的一端与穿墙套管连接，阻尼单元400的另一端与支架200连接，各个阻尼单元400的重心位置均设有第三加速度计A3。阻尼装置设有多个阻尼单元400，多个阻尼单元400均设置第三加速度计A3以获取不同阻尼单位所处位置的加速度数据，分析阻尼装置不同位置受到的振动情况。

在上述任一实施例的基础上，如图1、图3和图7所示，穿墙套管包括第一套管110和第二套管120，第一套管110的管轴线与第二套管120的管轴线重合，还设有连接第一套管110和第二套管120的第一法兰310，阻尼装置设在第一法兰310和支架200之间。第一套管110和第二套管120通过第一法兰310连接在一起，阻尼装置设在第一法兰310和支架200之间，起到对第一套管110和第二套管120的缓冲减震作用。

进一步的，如图2所示，阻尼单元400设有八个，其中四个阻尼单元400设在第一法兰310的一端，另外四个阻尼单元400设在第一法兰310的另一端。

具体的，阻尼单元400为阻尼器，用于消耗掉振动发生器产生的振动能从而减小穿墙套管的地震响应。

在上述任一实施例的基础上，第一套管110的另一端设有第二法兰320，第二套管120的另一端设有第三法兰330，第一法兰310的两端均设有第一加速度计A1，第二法兰320和第三法兰330均设有第一加速度计A1。由于第一套管110的外表面有弹性，第二套管120的外表面也有弹性，如果直接设置第一加速度计A1在第一套管110或第二套管120的外表面，可能会因弹性而导致测得加速度数据不准确，降低试验数据和分析结果的可靠性，因而将不同位置的第一加速度计A1设在相应的第一法兰310、第二法兰320和第三法兰330上，以更准确的获得第一套管110端部的加速度数据和第二套管120端部的加速度数据。

具体的，如图1和图3所示，第一套管110和第二套管120通过第一法兰310连接在一起，第一法兰310的左右两端均设置第一加速度计A1，也即靠近第一套管110一侧的第一法兰310端部设有第一加速度计A1，靠近第二套管120一侧的第二法兰310端部设有第一加速度计A1，同时，第二法兰320和第三法兰330上也均设置第一加速度计A1。

另外，第一法兰310、第二法兰320和第三法兰330均由绝缘材质制作而成，以更真实的模拟实际的使用情景。

在上述任一实施例的基础上，穿墙套管所在轴线为X轴，水平面内垂直于X轴的轴线为Y轴，竖直平面内垂直于X轴的轴线为Z轴，第一加速度计包括X轴向加速度计、Y轴向加速度计和Z轴向加速度计，X轴向加速度计、Y轴向加速度计和Z轴向加速度计均设于穿墙套管的一侧，穿墙套管的另一侧还设有一个Z轴线加速度计。第一加速度计A1包括三个单向加速度计，以测得不同方向的加速度数据，在三个单向加速度计的另一侧另外设置一个Z轴向加速度计，以测得振动对穿墙套管产生的扭转分量，用来分析振动对穿墙套管产生的影响，进而评估穿墙套管在地震作用下发生的扭转情况。

具体的，如图4所示，以第一加速度计A1设在第一套管110上为例，在第一套管110管截面的左侧设置X轴向加速度计、Y轴向加速度计和Z轴向加速度计，在第一套管110管截面的右侧另外再设置一个Z轴向加速度计，以测得振动对穿墙套管产生的扭转分量。

需要说明的是：当振动产生时，振动对所测位置产生了一个整体的运动加速度，该整体的运动加速度包括一个平动加速度和一个扭转加速度，而扭转加速度指由于振动对所测位置产生的扭转力所导致的加速度，而该扭转加速度在整体的运动加速度中所占的比值即指扭转分量。如：若整体的运动加速度为5，平动加速度为3，扭转造成的扭转加速度为2，则扭转分量为2/5＝40％。

另外，由于安装和实际工作情况，X轴向、Y轴向和Z轴向允许存在不垂直的情况，只要满足功能实现的要求即可，因此，这里的“垂直”限制并非只能严格垂直一种方式。比如，可以存在5°范围内的误差，或者更大角度范围的误差。必要的情况下，还可以根据安装误差的情况设置误差补偿器或后台数据处理时考虑误差的情况，尽量减少误差的影响。

在上述任一实施例的基础上，支架200包括底架220和设于底架220上的支撑架210，底架220设有至少一个第二加速度计A2，支撑架210设有至少一个第二加速度计A2。第二加速度计A2设在支架200的不同位置，以测得支架200不同位置的加速度数值，并分析不同位置的振动情况及支架200不同位置对振动的放大作用。

具体的，如图5和图6所示，支架200包括底架220和设在底架220上部的支撑架210，支撑架210包括两个三角架和连接两个三角架的横梁。其中的四个阻尼单元400设在底架200和第一法兰310之间，另外的四个阻尼单元400设在横梁和第一法兰310之间。横梁的中部设有第二加速度计A2，以测量横梁对底部传递过来的振动放大作用，底架220的上端中部设有第二加速度计A2，以测量底架220对振动的放大作用，进一步分析抗震试验中不同构件对抗震性能的影响。

在上述任一实施例的基础上，如图1所示，穿墙套管与水平面呈夹角的设于支架200。在实际使用中，穿墙套管一般呈倾斜设置，为模拟真实的使用情景，将穿墙套管倾斜设于支架200，以更接近真实的使用情景，对其进行抗震试验分析。

进一步的，穿墙套管相对于水平面的夹角在10°-15°之间。

在上述任一实施例的基础上，还包括用于测量穿墙套管应变数据的应变计，应变计设有至少两个，应变计设于穿墙套管的端部。应变计的设置用于测量穿墙套管的应变数据，以作为加速度数据的测量补充，进一步分析穿墙套管所受应力是否满足设定的要求。

进一步的，如图7所示，第一套管110设有第一应变计S1，第二套管120设有第二应变计S2，以测量不同位置的应变数据，测量穿墙套管所受应力是否满足要求。

更进一步的，第一应变计S1设于第一法兰310的一端，第一应变计S1靠近第一套管110的端部；第二应变计S2设于第一法兰310的另一端，第二应变计S2靠近第二套管120的端部。

具体的，如图8和图9所示，第一应变计S1包括四个第一应变片S11，四个第一应变片S11均布设在第一套管110的管外壁，四个第一应变片S11位于Y轴和Z轴所在的平面；第二应变计S2包括四个第二应变片S21，四个第二应变片S21均布设在第二套管120的管外壁，四个第二应变片S21位于Y轴和Z轴所在平面。

在上述任一实施例的基础上，还包括终端处理装置，终端处理装置与加速度测量组件和振动发生器均电性连接。通过终端处理装置，汇总加速度测量数据进行处理。

进一步的，终端处理装置包括计算设备及显示器，通过计算设备对所测得加速度数据及应变数据的处理，并通过显示器将特高压直流穿墙套管的抗震性能及相关数据显示。

一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置的试验方法，包括以下步骤：

安装穿墙套管于支架200，在支架200与穿墙套管之间安装阻尼装置，安装振动发生器；

在穿墙套管安装第一加速度计，在支架200安装第二加速度计，在阻尼装置安装第三加速度计；

启动振动发生器；

第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计分别测量穿墙套管、支架200和阻尼装置的加速度数据；

对穿墙套管的加速度数据、支架200的加速度数据和阻尼装置的加速度数据进行处理分析，得到特高压直流穿墙套管的抗震性能。

利用特高压直流穿墙套管的抗震试验装置进行试验，并得出穿墙套管的抗震试验数据，以最终得到特高压直流穿墙套管的整体抗震性能。

进一步的，穿墙套管的加速度数据、支架200的加速度数据和阻尼装置的加速度数据还可以结合应变计测得的应变数据综合分析特高压直流穿墙套管的整体抗震性能。加速度数据用于分析穿墙套管的动力特性，并根据加速度数据进行积分得到位移数据从而获得穿墙套管的位移相应；应变计测得的应变数据是为了测量穿墙套管在振动作用下的各部分的应力情况，判断特高压直流穿墙套管的应力是否满足抗震要求。

对所测得的加速度数据积分得到位置数据，以进一步分析振动对特高压直流穿墙套管的影响。由于位移数据由加速度积分获得，避免了测量过程中的误差及传感器偏差的问题，使得位移数据不仅与加速度数据保持一致，还提高了位移数据的分析精度。

试验时，振动发生器选取地震波为新松人工地震波三向，规定穿墙套管所在轴线方向为x向，水平面内垂直于x轴的轴线方向为y向，竖向为z向。采用三向输入，输入峰值加速度比例为y：x：z为1:0.85:0.65。为试验得到不同工况下的振动情况，特设置以下五种工况安排，如下表所示：

表格1.抗震试验工况

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置，其特征在于，包括：

支架；

设于所述支架的穿墙套管，所述穿墙套管和所述支架之间设有阻尼装置；

振动发生器，所述振动发生器的输出端与所述支架的振动输入端连接；

加速度测量组件，所述加速度测量组件包括第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计，所述第一加速度计用于测量所述穿墙套管的加速度数据，所述第一加速度计设于所述穿墙套管，所述第二加速度计用于测量所述支架的加速度数据，所述第二加速度计设于所述支架，所述第三加速度计用于测量所述阻尼装置的加速度数据，所述第三加速度计设于所述阻尼装置；

所述穿墙套管包括第一套管和第二套管，还设有连接所述第一套管和所述第二套管的第一法兰；

所述第一套管的另一端设有第二法兰，所述第二套管的另一端设有第三法兰，所述第一法兰的两端均设有第一加速度计，所述第二法兰和所述第三法兰均设有第一加速度计；

所述支架包括底架和设于所述底架上的支撑架，所述支撑架包括两个三角架和连接两个所述三角架的横梁，所述底架的上端中部设有至少一个所述第二加速度计，所述横梁的中部设有至少一个所述第二加速度计；

所述阻尼装置包括八个阻尼单元，所述阻尼单元的一端与所述穿墙套管连接，所述阻尼单元的另一端与所述支架连接，各个所述阻尼单元的重心位置均设有第三加速度计，其中四个所述阻尼单元设在所述底架和所述第一法兰之间，另外四个所述阻尼单元设在所述横梁和所述第一法兰之间。

2.根据权利要求1所述的特高压直流穿墙套管抗震试验装置，其特征在于，所述第一套管的管轴线与所述第二套管的管轴线重合，所述阻尼装置设在所述第一法兰和所述支架之间。

3.根据权利要求1所述的特高压直流穿墙套管抗震试验装置，其特征在于，所述穿墙套管所在轴线为X轴，水平面内垂直于X轴的轴线为Y轴，竖直平面内垂直于X轴的轴线为Z轴，所述第一加速度计包括X轴向加速度计、Y轴向加速度计和Z轴向加速度计，所述X轴向加速度计、所述Y轴向加速度计和所述Z轴向加速度计均设于所述穿墙套管的一侧，所述穿墙套管的另一侧还设有一个Z轴线加速度计。

4.根据权利要求1所述的特高压直流穿墙套管抗震试验装置，其特征在于，所述穿墙套管与水平面呈夹角的设于所述支架。

5.根据权利要求1-4任一项所述的特高压直流穿墙套管抗震试验装置，其特征在于，还包括用于测量所述穿墙套管应变数据的应变计，所述应变计设有至少两个，所述应变计设于所述穿墙套管的端部。

6.根据权利要求5所述的特高压直流穿墙套管抗震试验装置，其特征在于，还包括终端处理装置，所述终端处理装置与所述加速度测量组件和所述振动发生器均电性连接。

7.一种特高压直流穿墙套管抗震试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装穿墙套管于支架，在所述支架与所述穿墙套管之间安装阻尼装置，安装振动发生器；

在所述穿墙套管安装第一加速度计，在所述支架安装第二加速度计，在所述阻尼装置安装第三加速度计；

所述穿墙套管包括第一套管和第二套管；在所述第一套管和所述第二套管之间安装连接所述第一套管和所述第二套管的第一法兰；

在所述第一套管的另一端安装第二法兰，在所述第二套管的另一端安装第三法兰，在所述第一法兰的两端均安装第一加速度计，在所述第二法兰和所述第三法兰上安装第一加速度计；

所述支架包括底架和设于所述底架上的支撑架，所述支撑架包括两个三角架和连接两个所述三角架的横梁，所述底架的上端中部设有至少一个所述第二加速度计，所述横梁的中部设有至少一个所述第二加速度计；

所述阻尼装置包括八个阻尼单元，所述阻尼单元的一端与所述穿墙套管连接，所述阻尼单元的另一端与所述支架连接，各个所述阻尼单元的重心位置均设有第三加速度计，其中四个所述阻尼单元设在所述底架和所述第一法兰之间，另外四个所述阻尼单元设在所述横梁和所述第一法兰之间；

启动所述振动发生器；

所述第一加速度计、所述第二加速度计和所述第三加速度计分别测量所述穿墙套管、所述支架和所述阻尼装置的加速度数据；

对所述穿墙套管的加速度数据、所述支架的加速度数据和所述阻尼装置的加速度数据进行处理分析，得到特高压直流穿墙套管的抗震性能。