CN108505779B - 架空箱式变电站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种架空箱式变电站，用于解决变电站重心提高后的抗震问题。它包括箱式集成变电站、混凝土立柱、辅助支撑支座和调心支座，其中，调心支座安装在箱式集成变电站下底面的中央位置，以调心支座位置为中心在混凝土安装平台的四个转角处对称的安装四套辅助支撑支座。调心支座包括上、中、下三部分，中部分包括自上而下叠加的第一滑动板和第二滑动板，进行滑动配合。本发明具备良好的抗震性能，其中调心支座在地震发生时，可以通过摩擦吸收部分地震能量，尤其是水平方向的地震能量，同时，配合辅助辅助支撑支座，可以增加整体的弹性。
Description
技术领域
该发明涉及一种箱式变电站，尤其是一种架空的箱式变电站。
背景技术
箱式变电站是电力系统城网建设和改造中广泛应用的电力设备，随着近年来自然灾害频发，汶川、玉树及日本都发生了强烈地震，现有的变电站由于结构设计的问题，不能够抗震，而地震中变电设备一旦损坏，不仅经济损失巨大，更会给灾区人民的自救以及生活带来严重的影响，同时，我国目前引进的欧式或美式的箱式变电站都是设置在地面上，大量占用城区道路面积，妨碍交通，易造成事故，且体积庞大有碍附近商铺经营。
针对这一问题，对于中小型的变电站如何通过架空的方式降低地面空间的占用，是本发明的解决的技术问题之一。
通常理解，架空后，整体的重心升高，不利于抗震性能的设计，因此，架空的变电站对于抗震性能的要求更高。
现有规范确定的电气设备抗震设防目标为：当遭受到相当于设防烈度及以下的地震影响时，不受损坏，仍可继续使用；当遭受到高于设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致严重损坏，经修理后即可恢复使用。
首先，电气设备的抗震设计与考核是按照设防烈度设计还是按照罕遇烈度设计，往往成为争论的焦点，在实际操作中设备厂家和设计单位仅仅以设防要求(当遭受相当于设防烈度及以下的地震影响时，不受损坏，仍可使用)作为考核电气设备抗震性能的依据。不适用于架空电站参考。
其次，由于电气设备往往是定型产品，而实际用户千差万别，工程所在地的场地设防烈度也有差异。架空后的结构力学改变，对抗震要求更高，如按照常规设防烈度的设防要求进行电气设备的抗震考核，往往会导致设备生产厂家对不同地区的抗震设防要求无法适应，从而可能导致设备的抗震性能达不到设防要求。
再有，电气设备抗震设防采用的地震反应谱是完全照搬建筑抗震设计规范的，不同的场地有不同的反应谱，这也导致用于电气设备抗震考核的地震输入适用性较差。
发明内容
本发明提供一种独柱抗震变电站，通过直接将支撑柱安装在地壳的岩石中，降低对地面的依赖，同时，架空后提高地面的空间利用率，解决变电站重心提高后的抗震问题，并解决独柱结构带来的倾覆问题，提供一种小型的抗震性的变电站。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
独柱抗震变电站，包括箱式集成变电站、混凝土立柱、辅助支撑支座和调心支座，其中，混凝土立柱的下端插入地基中，满足抗8级地震烈度的建筑要求，所述混凝土立柱的上部至少延伸至地表以上3米，且在混凝土立柱的顶部通过浇筑的形式形成一个混凝土安装平台，
其特征在于，
所述调心支座数量为一个，安装在箱式集成变电站下底面的中央位置，调心支座包括上、中、下三部分，其中，
上部分为方形的块状结构，上表面为平整的面，在上部分的下部设置有向下敞口的圆形凹槽I和环状凹槽II，其中圆形凹槽I与环状凹槽II同圆心设置，且环状凹槽II位于圆形凹槽I的外侧，
中部分包括自上而下叠加的第一滑动板和第二滑动板，其中，第一滑动板上部为圆柱状，圆柱状的上部周向设置一个环形的凹槽III，所述圆形凹槽I和凹槽III之间使用第一钢球进行转动配合，在第一滑动板的中部具有翼部，所述翼部上表面和上部分之间通过设置在环状凹槽II中的第二钢球进行配合，在翼部下表面的每个边沿位置设置弹性元件，
所述第一滑动板的下部为内凹的第一弧形凹槽，且在第一弧形凹槽内沿着弧形方向具有第一弧形齿状突起，
所述第二滑动板为向上拱起的弧形板，在第二滑动板的上表面设有沿着横向设置的第二弧形齿状突起，在第二滑动板的下表面为纵向设置且内凹的第二弧形凹槽，且第二弧形 凹槽内沿着弧形方向具有第三弧形齿状突起，
所述第二滑动板的上、下表面上的第二、第三弧形齿状突起是彼此垂直设置的，
下部分是由底部和四个挡边构成的槽状结构，且在凹槽中部向上凸起，在凸起和挡边之间的区域内形成一个环形凹槽IV，在凸起顶部具有与所述第二滑动板下表面进行配合的第四弧形齿状突起；
在第二滑动板的上、下表面的第二、第三弧形齿状突起中，表面设置有间隔设置的第一摩擦部和第一导向部；
以调心支座位置为中心在混凝土安装平台的四个转角处对称的安装四套辅助支撑支座，所述调心支座包括龙骨钢板、导向柱、蝶形弹簧、防松锁紧件和防尘罩，其中，龙骨钢板为箱式集成变电站的一部分，在龙骨钢板上设置朝向下方的导向柱，在导向柱的下部设置有一个环形的凹槽V，并在凹槽V处安装放松锁紧件；所述导向柱自上而下穿过混凝土安 装平台中的椭圆孔，并在混凝土安装平台和箱式集成变电站之间、以及混凝土安装平台与 防松锁紧件之间设置彼此叠加的蝶形弹簧，并在蝶形弹簧外围的混凝土安装平台上设置下 垂的柔性防尘罩。
进一步地，所述椭圆孔中设有圆形套筒。
进一步地，所述导向柱上安装一个测力应变片。
进一步地，其中混凝土立柱位于混凝土安装平台的中央位置。
进一步地，所述第一摩擦部使用汽车刹车片材料热压合在第二滑动板上一体成型。
进一步地，所述第一弧形齿状突起至第四弧形齿状突起的断面轮廓为相同尺寸的梯形。
进一步地，所述弹性元件为板簧。
进一步地，所述防松锁紧件为两个，防松锁紧件具有一个半圆弧形的卡槽，并在两侧分别设置一个螺栓孔，两个防松锁紧件对称的合拢并抱在环形的凹槽中。
本发明的有益效果是：
具备良好的抗震性能，其中调心支座在地震发生时，可以通过摩擦吸收部分地震能量，尤其是水平方向的地震能量，同时，配合辅助辅助支撑支座，可以增加整体的弹性。
具备良好的抗倾覆性能，调心支座和辅助支撑支座共同作用下，可以实现快速的复位，防止发生倾覆事件。
结构简单，可以适用于所有的市区、滩涂、沙漠、戈壁滩等场合，尤其适用于地震多发区域，适用范围广。尤其适用于35kV及以上电压等级的各类电气设备的抗震设计与考核，其它类型的设备的抗震设计、考核也可参考采用。
可显著提高了我国电气设备的抗震要求，对确保各类地震作用下的电气设备的抗震可靠性，具有重要的现实意义。
附图说明
图1为发明的结构示意图。
图2为图1的平面图。
图3为导向柱下端的锁紧状态。
图4为防松锁紧件的立体图。
图5为调心支座的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为图6中B-B剖视图。。
图8为图6中A-A剖视图。
图9为上部分的立体图。
图10为第一滑动板的立体图。
图11为第二滑动板的立体图。
图12为下部分的立体图。
图13为省略下部分之后的部分结构立体图。
图14位再次省略第二滑动板后的立体图。
图15为摩擦部的局部结构图
图16为相对滑动过程中滑动板的加速度示意图。
图中：
1上部分，11圆形凹槽I，12环状凹槽II，13第一钢球，14第二钢球，
2中部分，21第一滑动板，211圆柱状，212凹槽III，213翼部，214弹性元件，215第一弧 形凹槽，216第一弧形齿状突起，
22第二滑动板，221第二弧形齿状突起，2211第一导向部，2212第一摩擦部，2213刹车片材料，222第二弧形凹槽，223第三弧形齿状突起，，
3下部分，31底部，32挡边，33凸起，34环形凹槽IV，35第四弧形齿状突起，36聚四氟乙 烯隔垫，7箱式集成变电站，
8辅助支撑支座，81龙骨板，82导向柱，821凹槽V，83蝶形弹簧，84防松锁紧件，85防尘罩，841卡槽，842螺栓孔，
91混凝土立柱，92混凝土安装平台，921椭圆孔，A调心支座。
具体实施方式
如图1和图16所示，本发明提供独柱抗震变电站，包括箱式集成变电站7、混凝土立柱91、辅助支撑支座8和调心支座A，其中，混凝土立柱的下端插入地基中，满足抗8级地震烈度的建筑要求。混凝土立柱的上部至少延伸至地表以上3米，且在混凝土立柱的顶部通过浇筑的形式形成一个混凝土安装平台92，其中混凝土立柱位于混凝土安装平台的中央位置。由于箱式集成变电站自身高度提高，重心上移，对于抗震性能提出了更高的要求。
辅助支撑支座8安装在箱式集成变电站的四个转角处，分别于混凝土安装平台的四个拐角进行弹性连接。
调心支座数量为一个，安装在箱式集成变电站下底面的中央位置，上述的箱式集成变电站为了适应与上述调心支座和辅助支撑支座的装配，在箱式集成变电站的地面上设置安装凹槽和连接板。
同时在混凝土安装平台上设置安装构造，便于安装。混凝土立柱。
椭圆孔椭圆孔调心支座A，其设置在混凝土安装平台中央位置，该变电站的与调心支座，以及调心支座与混凝土平台之间为紧密贴合配合；下面对调心支座的结构做详细的介绍：
调心支座A，
基于上述的描述，本支座的具体结构如下：
包括上、中、下三部分，上部分1用于和被支撑物连接，例如桥梁，横梁，并兼有竖直方向上的弹性的能力。中部分2具有三维方向上消耗震动、冲击的能力，并具备自动回位的调心能力。下部分3用于和支撑梁、柱进行连接。
上部分1为方形的块状结构，上表面为平整的面，并在上表面上设置螺纹孔，用于和被支撑物进行连接。
在上部分的下部设置有向下敞口的圆形凹槽I11和环状凹槽II12，其中圆形凹槽I11与环状凹槽II12同圆心设置，且环状凹槽II12位于圆形凹槽I11的外侧。
通过在圆形凹槽和环状凹槽中放置不同直径的钢球，为便于理解，将上述的钢球根据部位不同分别标记为第一钢球13和第二钢球14，实现与中部分的可转动的连接。
中部分2包括第一滑动板21、第二滑动板22，其中，第一滑动板21上部为圆柱状211，圆柱状的上部周向设置一个环形的凹槽III212，且在用于和上述的圆形凹槽I11配合，且在圆形凹槽I11和圆柱状结构的凹槽III212之间使用第一钢球进行配合，容易理解上部分可以绕第 一滑动板上部的圆柱部分进行转动。
在第一滑动板21的中部为平板状结构，包括自圆柱部向外侧延伸的翼部213，翼部213上表面和上部分之间通过设置在环状凹槽中的第二钢球进行配合，进行竖向支撑。在翼部213下表面的边沿位置设置弹性元件214，该弹性元件优选一片板簧，数量为四个，分别设置在四个边沿处。
第一滑动板21的下部为内凹的第一弧形凹槽215，且在第一弧形凹槽内沿着弧形设置方向具有第一弧形齿状突起216，该第一弧形齿状突起216是沿着第一弧形凹槽设置的。
第二滑动板22整体为弧形板，整体为向上拱起的结构，在第二滑动板22的上表面设置有第二弧形齿状突起221，为便于描述，该第二弧形齿状凸起沿着横向设置，用于和第一滑动板进行配合，形成彼此咬合的结构。
在第二滑动板22的下表面为内凹的第二弧形凹槽222，且在弧形面内内沿着弧形设置方向具有第三弧形齿状突起223，该第三弧形齿状突起223是沿着弧形凹槽设置的，且与第二弧形齿状突起是垂直设置的，也就是沿着纵向设置的，用于和下方的下部分进行配合。
上述的第二滑动板22的上、下表面上的第二、第三弧形齿状突起是彼此垂直设置的。
下部分3为一个槽状结构，包括底部31和四个挡边32，组成一个内部下凹的方形凹槽，在凹槽中部向上略微凸起33，并在凸起和挡边之间的区域内形成一个环形凹槽IV34，用于 容纳杂物，并在环形凹槽的四个侧面上安装聚四氟乙烯隔垫36，起到较好的缓冲效果。在凸 起33顶部机加工形成若干弧形齿状突起，标记为第四弧形齿状突起35，与上述的第二滑动 板下表面进行配合。
上述的下部分可以采用一体成型，例如铸造件，也可以采用组合结构，例如，将凸起和槽状结构进行组合，分别加工。
上述的上、中、下三部分之间依次安装，形成一个动态的装配关系。
在第二滑动板22的上、下表面的第二、第三弧形齿状突起中，表面设置有间隔设置的第一摩擦部和第一导向部，该耐磨涂层一般使用汽车刹车片材料，进行整理压合形成一体。
下面通过对第二滑动板的机加工过程进行详细的描述，来加深对第一滑动板的理解：
首先准备一张厚钢板，然后在厚钢板的两个表面进行铣削，形成平整的表面，然后在钢板的上、下表面通过铣削的机加工方式形成若干彼此等间距且平行设置的弧形齿状突起，且该弧形齿状突起，其中相邻的两个梯形凸起分别为第一导向部2211和第一摩擦部2212，然后，将第一摩擦部2212中的梯形凸起进行间隔性的横向铣削，形成若干缺口，上述工作完成后，对钢板进行整体的精加工，然后进行热处理，处理后的钢板具备刚好的耐磨性能，然后对第一导向部2211和第一摩擦部2212两侧的斜面和顶部的面进行精磨，最后，放在专用磨具中对第一摩擦部中的缺口使用刹车片材料2213进行填充，并使用压力机进行热压成型，形成一个局部的耐磨结构，是摩擦耗能的主要结构。
本发明中，梯形结构，增加接触面积，可以形成比较好的啮合与咬合，是的板与板之间的咬合和承载力度明显增加，并有利于缩小整体的高度，有利于产品的扁平化。
在地震发生时，第一滑动板和第二滑动板，以及第二滑动板和下部分之间会形成一种相对滑动，在滑动初期，滑动的过程中，启动时的摩擦力较小，可以实现快速启动，避免卡死，同时，由于上述的耐磨涂层是多组交叉设置的，当相邻的弧形齿状突起中的耐磨涂层彼此接触时，会造成摩擦力突然增加，形成减速，并发热消耗震动能量，同时由于是咬合结构，刚性、稳定性和倾覆力矩都很好，可以实现稳定减速，在加速和减速的过程中，由摩擦力公式可知，此时加速较大，相对滑动仍然处于加速阶段，当耐磨结构与耐磨结构之间重叠过半之后，由于耐磨结构之间的摩擦力增大，会有一个减速动作，并大量的消耗地震能量。
同时，在第一滑动板和第二滑动板相对滑动的过程中，对于上面的承载物在竖直方向上有一轻微的升降运动，分解冲击力的同时，可以有效改变地震周期，由于地震时，水平方向的振幅一般较大，进入下一个周期，在此过程中，保证滑动板之间使用处于反复的加速和减速过程，其中加速度a形成脉冲样式，正负往复切换，具备调心回调功能，可以将一个大的地震振幅分割为多个小的抗震支座自振振幅，并且耐磨结构与耐磨结构、耐磨结构与导向部在摩擦过程中会产生大量的热，对振动能量进行消耗，消耗地震带来的能量，效果远远高于通常使用的弹簧、蝶形弹簧等。同时将地震的低幅高振幅动作，切换为建筑物的高频低幅动作，有利于建筑物、桥梁的自我保护。
在上述的过程中，上部分和下部分之间在竖直方向上有一个摆动过程，用来抵消重力势能，并能够自动回调，具有调心功能，其原理是，沿着弧形突起的轨迹进行摆动，会造成被支撑物(桥梁或者房屋)的被抬升，进而依靠自身的重力势能消耗掉竖直方向上的冲击力度，上述的水平方向的冲击力和竖直方向上的冲击力都得到了很好的减缓和消除，抗震效果明显。
在变电站的四个转角处，关于调心支座位置为中心，对称的安装四套套辅助支撑支座，具体地，辅助支撑支座8结构如下：
包括龙骨钢板81、导向柱82、蝶形弹簧83、防松锁紧件84和防尘罩85，其中，龙骨钢板81为变电站主结构的一部分，且位于底部，在龙骨钢板81上焊接有一个朝向下方的钢柱，为导向柱，导向柱82为圆形，在导向柱的下部靠近下端位置设置有一个环形的凹槽V821，该凹槽V用于和上述的防松锁紧件进行配合。防松锁紧件84为两个，具有一个半圆弧形的卡槽841，并在两侧分别设置一个螺栓孔842，两个防松锁紧件对称的合拢并抱在环形的凹槽中，在导向柱的下端形成锁紧作用，相对于螺纹连接，本防松锁紧件具有防松的效果。
上述的导向柱82自上而下穿过混凝土安装平台四个转角处的椭圆孔921，并在混凝土安装平台和变电站主体之间设置彼此叠加的蝶形弹簧83，蝶形弹簧选用圆形的结构，并在蝶形弹簧外围的混凝土安装平台上设置下垂的柔性防尘罩85，优选橡胶套筒。为防止向内部进入灰尘，在混凝土安装平台上的椭圆孔中焊接一个圆形套筒712，对蝶形弹簧进行约束。
在混凝土安装平台与防松锁紧件之间设置彼此叠加的蝶形弹簧83，形成第二道弹性支撑。
上述的导向柱82在竖直方向上具有活动位移的空间，由于椭圆孔的存在，导向柱相对于混凝土安装平台也有一定的位移空间。
进一步地，可以在其中的导向柱82上安装一个测力应变片，检测导向柱是处于受拉还是受压，利用压电效应产生电信号，并将电信号传输给控制器，控制器根据测力应变片的电信号，判断桥梁是否出现变位和走形。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (1)
1.架空箱式变电站，包括箱式集成变电站(7)、混凝土立柱(91)、辅助支撑支座(8)和调心支座(A)，其中，混凝土立柱的下端插入地基中，所述混凝土立柱的上部至少延伸至地表以上3米，且在混凝土立柱的顶部通过浇筑的形式形成一个混凝土安装平台(92)，
其特征在于，
所述调心支座数量为一个，安装在箱式集成变电站下底面的中央位置，调心支座(A)包括上、中、下三部分，其中，
上部分(1)为方形的块状结构，上表面为平整的面，在上部分的下部设置有向下敞口的圆形凹槽I(11)和环状凹槽II(12)，其中圆形凹槽I(11)与环状凹槽II(12)同圆心设置，且环状凹槽II(12)位于圆形凹槽I的外侧，
中部分(2)包括自上而下叠加的第一滑动板(21)和第二滑动板(22)，其中，第一滑动板(21)上部为圆柱状(211)，圆柱状的上部周向设置一个环形的凹槽III(212)，所述圆形凹槽I(11)和凹槽III (212)之间使用第一钢球(13)进行转动配合，在第一滑动板(21)的中部具有翼部(213)，所述翼部(213)上表面和上部分之间通过设置在环状凹槽II (12)中的第二钢球进行配合，在翼部(213)下表面的每个边沿位置设置弹性元件(214)，
所述第一滑动板(21)的下部为内凹的第一弧形凹槽(215)，且在第一弧形凹槽内沿着弧形方向具有第一弧形齿状突起(216)，
所述第二滑动板(22)为向上拱起的弧形板，在第二滑动板(22)的上表面设有沿着横向设置的第二弧形齿状突起(221)，在第二滑动板(22)的下表面为纵向设置且内凹的第二弧形凹槽(222)，且第二弧形凹槽(222)内沿着弧形方向具有第三弧形齿状突起(223)，
所述第二滑动板(22)的上、下表面上的第二、第三弧形齿状突起是彼此垂直设置的，
下部分(3)是由底部(31)和四个挡边(32)构成的槽状结构，且在槽状结构中部设有向上的凸起(33)，在凸起和挡边之间的区域内形成一个环形凹槽IV(34)，在凸起(33)顶部具有与所述第二滑动板下表面进行配合的第四弧形齿状突起(35)；
在第二滑动板(22)的上、下表面的第二、第三弧形齿状突起中，表面设置有间隔设置的第一摩擦部和第一导向部；
以调心支座位置为中心在混凝土安装平台的四个转角处对称的安装四套辅助支撑支座，所述辅助支撑支座(8)包括龙骨钢板(81)、导向柱(82)、蝶形弹簧(83)、防松锁紧件(84)和防尘罩(85)，其中，所述龙骨钢板(81)为箱式集成变电站的一部分，在龙骨钢板(81)上设置朝向下方的导向柱，在导向柱的下部设置有一个环形的凹槽V(821)，并在凹槽V(821)处安装防松锁紧件；所述导向柱(82)自上而下穿过混凝土安装平台中的椭圆孔(921)，并在混凝土安装平台和箱式集成变电站之间、以及混凝土安装平台与防松锁紧件之间设置彼此叠加的蝶形弹簧(83)，并在蝶形弹簧外围的混凝土安装平台上设置下垂的柔性防尘罩(85)；
所述椭圆孔中设有圆形套筒(712)；
所述弹性元件为板簧；
所述防松锁紧件(84)为两个，防松锁紧件具有一个半圆弧形的卡槽(841)，并在两侧分别设置一个螺栓孔(842)，两个防松锁紧件对称的合拢并抱在环形的凹槽中。
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