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220kV高压SF_6电流互感器抗震性能分析

作者:admin来源:本网 日期:2017-10-30 9:25:44 人气: 标签:

  随着电力系统的不断发展,电压等级随之不断提高,电力系统对高压电器的绝缘性、运行稳定性、介质恢复特性、抗震等主要性能的要求也越来越高。

  近年来,SF6气体绝缘介质已逐渐用于高压电器,尤其在全封闭组合电器(GIS)中得到广泛使用。从国内外输变电设备发展来看,SF6气体绝缘设备已成为当代高压电器,特别是超高压电器设备的主流。SF6气体绝缘互感器的研制正是为适应这个趋势而开展的。由于SF6气体绝缘电流互感器重心高,耐地震性能较差,因此其抗震性能的好坏将直接影响震区高压设备乃至电力系统的稳定运行。目前,这方面的研究较少,但已经越来越受到人们的高度重视。

  本文采用反应谱法对220kV高压SF6电流互感器(以下简称SF6CT)进行抗震计算与分析,设计地震力,建立设备振动模型和数学模型,求解自激振周期和振型,得到了不同地震条件下的地震作用,并将计算结果进行图形化处理。

  2220kV高压SF6CT总体结构与抗震计算220kVSF6CT总体布置采用了绕组倒置式结构,结构简图如所示。它主要分为两部分,上部分由CT壳体、一次导体、二次绕组、螺纹套组成;下部分由法兰盘、支持管、绝缘瓷套、屏蔽罩构成。在一次导电管和二次绕组间为SF6气体绝缘,二次绕组与CT壳体之间为支持绝缘筒。CT壳体、一次导体、螺纹套、法兰盘、屏蔽罩、支持管均为钢质或铝电管横贯二次绕组固定在CT壳体上。一次导电管左端与CT壳体电气相连,右端经密封圈、绝缘套在电气上与CT壳体绝缘。一次导电管、二次绕组及CT壳体置于瓷套上方,瓷套位于CT底座之上。

  SF6额定气压为0.4MPa(20*C'),SF6补气气压为0.35MPa(20*C),SF6年泄漏率为1%.该产品各部分的质量如下:外壳:63kg一次导体:21.1kg二次绕组:64kg绕组支持管::7kg瓷套:444kg底座:198.2kgSF6()将上式进行数学变换后,以矩阵形式表示为:BX=m/X(6)3SF6CT抗震性能分析与计算3.1设计地震力能试验“的规定,对220kVSF6电流互感器的设计地震力为,设当地震烈度为9度时,地震试验波形为正弦共振三波,试验输入波形的水平加速度为0.5g.设备应在上述振动波的作用下不致损坏,而且各部分构件机械强度的安全系数应不小于1.67,以保证设备在发生地震时能安全运行。

  3.2SF6CT振动模型的建立为了进行可靠的动力分析,切实地表达SF6CT力学特性的振动模型是很必要的。在建立SF6CT的振动模型时,代表其力学性质的各振动参数均与其振动特性有关。

  根据电气设备抗震理论,利用集中质量法将SF6CT简化为多质点悬臂梁模型。由于SF6CT绕组采用倒置式,属于高耸结构,高宽t比>5,因此根据我匿‘建筑结构抗震设计规范“规定应多取几个质点,并多取几个振型。根据振动模型原理,质量的归化应尽可能切实反映设备质量的分布特点。文中将SF6CT归化为7个质量集中质点的多质点模型,如所示。SF6CT头部可看作一个整体,取一个质点,其归化质量为m7,该质点离地面高度为h7.由于瓷套呈细长结构,因此应多取几个质点。文中取5个质点,相应的归化质量为m2m6,相应的各质点离地面高度为h2”。底座结构紧凑,质量集中,只取一个质点,其归化质量为m1,该质点离地面高度为hu此外,文中将构件简化为具有刚性的梁,并将这种刚性用刚度来表示。连接部位也集中用刚度来表示,分为与水平振动有关的水平刚度和与弯曲有关的抗弯刚度两种。如果已知构件的弹性模量和外形尺寸,则可以进行刚性评价和建立简化梁模型,还可以根据这些参数求解其水平刚度及抗弯刚度。对于抗弯刚度,计算公式为:I材料截面的惯性矩经质量归化后,由于结构归化为7个质点,因此其相应的刚度为S1S7. 3.3SF6CT抗震数学模型的建立及自振周期和振型的求解根据SF6CT的振动模型,建立相应的数学模型,以运动方程表示为:位速度,其余质点速度为零,在第i个质点上产生的阻尼力。

  对于多质点体系的自由振动,外力为零,若不计阻尼的影响,则可得其运动微分方程组,即本文中7质点弹性体系的自激振方程。

  若设各质点作简谐振动,则可求得:角,w为自激振角频率。

  多质占模型将代入式(3)可得:X为未知相量(位移)X为特征值(c2)。对利用雅可比子程序求解即可得到7质点体系的自激振周期和振型。自激振周期和振型是结构本身的固有特性。根据自激振周期和振型的计算数据,作出各振型的振动情况,如所示,其中a是振动模型图,b~h分别对应于1~7个振型。

  各振型的振动情况3.地震影响系数的计算由于SF6CT属高耸结构,因此本文对全部振型进行了计算,得到7个振型的地震影响系数,如表1所示。

  表1地震条件及其地震影响系数本文取4种地震条件状况,每种状况的地震类型和烈度都不同。表1中,N为质点数;EMG为地震类型(当EMG=1时,为多遇地震;EMG=0时,为罕遇地震)IN为地震烈度;ED为地震影响(本文取远震影响)为场地类别,选普通场地,即为场地类别2. 3.多质点弹性体系水平地震作用求解结果据以往观测数据,地震时地面垂直加速度一般为水平加速度的1/2左右。但是,由于几乎所有的电器设备在结构上受垂直加速度影响很小,所以在求解结构的地震作用时一般不考虑垂直加速度的影响,只求解水平方向的地震作用。根据上述原理,本文利用振型分解反应谱法求解地震在水平方向上对SF6CT受力和加速度影响。

  多质点弹性体系在地震时质点上产生的地震作用等于质点上的惯性力,即度,Xji为振型。地震时的地面加速度表达式为:2'X'i赵修民电流互感器丨M卜太原:山西人民出版社,。周书瑞。郭展潮译。北京:技术标准出版社,1984黎斌。张希捷。于智伟。高压SFf,电流互感器的开发曹云东(963―),男,辽宁北镇人,沈阳工业大学电气工程学院副教授,长期从事电气与计算机辅助设计的研宄。

  尹世安(1959),男,赤峰人,沈阳沈变互感器制造有限公司总工程师,从事互感器设计与制造。

  王尔智(1936),男,辽宁铁岭人,沈阳工业大学电气工程学院教授、博士生导师,长期从事电气理论与应用的研宄

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