變電站-換流站設備抗震理論及工程應用

目錄
前言
第一篇變電站/換流站設備的震害調查
第1章緒論2
1.1變電站（換流站）地震災害概述2
1.1.1中國地震特點及其對變電站（換流站）的威脅2
1.1.2變電站（換流站）抗震面臨的挑戰(zhàn)2
1.1.3國內外變電站震害實例3
1.2變電站設備結構特點與抗震研究現狀3
1.2.1變電站（換流站）設備結構基本特征與分類3
1.2.2變電站（換流站）抗震研究現狀5
1.3小結8
第2章變電站設備的震害9
2.1汶川地震變電站設備典型震害特征9
2.1.1變壓器的震害特征9
2.1.2支柱類設備的震害特征13
2.1.3耦聯設備的震害特征21
2.1.4懸吊類設備的震害特征24
2.1.5樓面設備的震害特征25
2.1.6其他類型設備的震害特征26
2.2近年變電站設備震害統計28
2.2.1玉樹地震震害統計28
2.2.2云南昭通地震震害統計28
2.2.3蘆山地震震害統計29
2.2.4九寨溝地震震害統計30
2.2.5海地地震震害統計31
2.2.6新西蘭地震震害統計31
2.2.7日本311地震震害統計32
2.3小結33
第二篇變電站設備的抗震分析理論和應用
第3章變壓器/換流變壓器抗震性能分析35
3.1引言35
3.2變壓器/換流變壓器的結構組成及特征35
3.2.1鐵芯和繞組36
3.2.2箱體及絕緣油36
3.2.3絕緣套管36
3.2.4油枕和散熱器37
3.3變壓器/換流變壓器的地震響應分析37
3.3.1500kV變壓器有限元分析37
3.3.2±800kV換流變壓器有限元分析40
3.3.31000kV變壓器有限元分析42
3.4220kV仿真變壓器地震模擬振動臺試驗44
3.4.1220kV仿真變壓器有限元分析44
3.4.2220kV仿真變壓器試驗模型45
3.4.3試驗方案47
3.4.4試驗結果及分析48
3.5變壓器—套管體系理論模型52
3.5.1基本假定52
3.5.2變壓器—套管體系串聯分布參數模型52
3.5.3理論模型的檢驗57
3.6變壓器—套管體系的抗震性能提升措施60
3.6.1支撐加固的變壓器—套管體系有限元分析60
3.6.2支撐加固的變壓器—套管體系的振動臺試驗驗證62
3.7特高壓變壓器套管抗震性能及振動臺試驗67
3.7.1特高壓變壓器套管及法蘭67
3.7.2特高壓變壓器套管有限元分析69
3.7.3特高壓變壓器套管振動臺試驗70
3.8小結74
第4章支柱類設備抗震性能分析75
4.1引言75
4.2支柱類設備理論模型75
4.2.1支柱類設備串聯分布參數模型75
4.2.2電氣設備—柔性節(jié)點—支架體系動力模型77
4.3設備與支架的相互作用80
4.3.1體系自振頻率參數分析80
4.3.2支柱類電氣設備的地震響應85
4.3.3支架對GIS套管抗震性能的影響87
4.4單支柱類設備振動臺試驗93
4.4.1試驗概況93
4.4.2試驗結果分析94
4.5多支柱類設備振動臺試驗96
4.5.1220kV隔離開關地震模擬振動臺試驗研究96
4.5.2800kV特高壓隔離開關地震模擬振動臺試驗101
4.5.3試驗結果103
4.6層間型支柱類設備的抗震分析104
4.6.1電容器塔參數及模態(tài)分析104
4.6.2電容器塔地震響應分析105
4.7小結107
第5章懸掛類設備抗震性能分析108
5.1引言108
5.2換流閥抗震性能分析109
5.2.1層間鉸接式換流閥抗震性能分析109
5.2.2層間剛接式換流閥抗震性能分析116
5.2.3換流閥方案對比124
5.3濾波電容器抗震性能分析125
5.3.1濾波電容器單體抗震性能分析125
5.3.2濾波電容器單體與耦聯狀態(tài)抗震性能對比分析132
5.4小結138
5.4.1懸吊式換流閥138
5.4.2濾波電容器138
第6章軟導線連接電氣設備的抗震性能分析140
6.1引言140
6.2不考慮抗彎剛度的軟導線力學性能141
6.2.1導線位形及水平端子力141
6.2.2導線剛度142
6.3不考慮軟導線抗彎剛度的耦聯體系的動力模型143
6.4不考慮軟導線抗彎剛度的耦聯體系參數分析144
6.4.1垂跨比的影響144
6.4.2設備頻率的影響145
6.5軟導線耦聯設備體系地震模擬振動臺試驗147
6.5.1試驗概況147
6.5.2試驗結果分析148
6.6分裂導線力學模型與力學性能150
6.6.1鏈式空間梁約束模型151
6.6.2考慮抗彎剛度的軟導線力學模型154
6.6.3分裂導線模型156
6.6.4分裂導線模型試驗158
6.6.5分裂導線參數分析160
6.7分裂導線連接的電氣設備耦聯體系地震響應164
6.7.1分裂導線連接的特高壓電氣設備耦聯體系動力模型164
6.7.2動力模型數值計算方法166
6.7.3分裂導線對耦聯體系地震響應的影響168
6.7.4電氣設備頻率對耦聯體系地震響應的影響173
6.8小結175
第7章硬導線連接的電氣設備抗震性能分析176
7.1引言176
7.2特高壓復合支柱絕緣子耦聯體系抗震性能數值分析176
7.2.1有限元仿真模型177
7.2.2支柱絕緣子耦聯體系地震響應有限元數值仿真結果178
7.2.3簡化連接的支柱絕緣子耦聯體系地震響應計算分析181
7.3硬導線連接的支柱類設備整體分析方法181
7.3.1模型計算簡圖及假定181
7.3.2硬導線耦聯體系運動方程182
7.4硬導線連接的支柱類設備在弱耦聯情形下的隔離分析方法183
7.4.1弱耦聯體系基本特征分析難點184
7.4.2求解思路184
7.4.3支柱子結構隔離體分析187
7.4.4連接件隔離體分析188
7.4.5隔離分析方法的簡要討論與評價189
7.5±800kV特高壓支柱絕緣子耦聯體系振動臺試驗190
7.5.1試驗概況190
7.5.2支柱絕緣子耦聯體系振動臺試驗結果192
7.5.3振動臺試驗結果分析193
7.5.4硬導線耦聯體系整體分析方法驗證196
7.5.5硬導線耦聯體系考慮弱耦聯效應的隔離分析方法驗證198
7.5.6整體法與隔離法差異分析200
7.6硬導線連接的支柱類設備參數分析201
7.6.1連接剛度對自振頻率影響201
7.6.2兩設備結構參數對自振頻率影響202
7.6.3連接剛度對地震響應影響203
7.6.4兩設備結構參數對地震響應影響203
7.6.5非比例阻尼影響204
7.7硬導線連接的支柱類設備耦聯體系抗震設計建議206
7.7.1硬導線耦聯設備反應譜法計算地震響應參數分析206
7.7.2硬導線連接的支柱類設備耦聯體系抗震設計方法207
7.8小結209
第8章±800kV特高壓直流穿墻套管抗震性能分析210
8.1引言210
8.2±800kV特高壓直流穿墻套管動力特性及地震響應分析210
8.2.1穿墻套管結構特征 210
8.2.2穿墻套管有限元模型211
8.2.3穿墻套管動力特性分析 212
8.2.4地震響應分析 213
8.3±800kV特高壓直流穿墻套管振動臺試驗研究214
8.3.1±800kV特高壓穿墻套管結構參數 214
8.3.2試驗方案及傳感器布置 215
8.3.3特高壓穿墻套管動力特性及地震響應 216
8.3.4安裝板扭擺效應的影響 220
8.4穿墻套管—閥廳體系抗震性能評估及提升221
8.4.1穿墻套管—閥廳體系的地震響應 221
8.4.2穿墻套管與閥廳之間的相互作用 224
8.4.3抗震性能提升措施 227
8.5±800kV特高壓直流穿墻套管地震易損性分析229
8.5.1多樣條的易損性分析方法 229
8.5.2穿墻套管—閥廳體系地震易損性分析 230
8.6小結232
第9章設備耦聯回路抗震分析及設計234
9.1引言234
9.2特高壓換流站典型設備回路抗震性能分析234
9.2.1換流變壓器回路234
9.2.2閥廳回路240
9.2.3GIL回路242
9.2.4直流濾波器回路249
9.2.5交流濾波器回路252
9.3特高壓換流站耦聯回路抗震解耦設計256
9.3.1直流場區(qū)域256
9.3.2閥廳及換流變區(qū)域259
9.3.3交流場區(qū)域265
9.4小結267
第10章變電站室內樓面設備的抗震性能及設計268
10.1概述268
10.2變電站—樓面設備體系仿真建模與動力特性分析269
10.2.1變電站—樓面設備體系有限元建模269
10.2.2變電站—樓面設備體系動力特性分析273
10.3變電站—樓面設備地震響應分析274
10.3.1樓面加速度放大系數峰值274
10.3.2樓面譜加速度放大系數曲線275
10.4樓面電氣設備抗震設計反應譜283
10.4.1計算模型與計算公式283
10.4.2樓面加速度峰值放大系數283
10.4.3樓面譜加速度放大系數283
10.4.4相關系數影響分析284
10.5規(guī)范對比與算例分析285
10.5.1規(guī)范對比285
10.5.2算例分析286
10.6小結287
第11章變電站/換流站設備震損評估與抗震韌性288
11.1概述288
11.2換流站設備與關鍵回路基于經典方法的易損性分析288
11.2.1多樣條的易損性分析方法288
11.2.2穿墻套管—閥廳體系地震易損性分析289
11.3變電站回路基于地震動聚類方法的易損性分析291
11.3.1地震動主成分分析與聚類291
11.3.2基于地震動聚類的易損性分析方法295
11.4變電站/換流站設備的震后損傷識別方法299
11.4.1電氣設備“兩階段”地震實時損傷識別方法300
11.4.2振動臺試驗破壞工況301
11.4.3損傷識別結果302
11.5變電站/換流站抗震韌性基本概念與案例分析304
11.5.1變電站/換流站抗震韌性的基本概念305
11.5.2考慮地震危險性的蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬305
11.5.3抗震韌性指標對比308
11.5.4抗震韌性評估方法總結312
11.6小結312
第三篇減隔震理論和相關應用
第12章大型變壓器隔震研究315
12.1概述315
12.2變壓器隔震原理315
12.2.1隔震結構的自振周期315
12.2.2大型變壓器隔震設計目標316
12.2.3等效線性化隔震設計318
12.2.4隔震支座類型的選擇320
12.3采用組合橡膠隔震支座的變壓器地震模擬振動臺試驗321
12.3.1試驗概況322
12.3.2動力特性323
12.3.3地震響應323
12.4采用滑動摩擦擺隔震的變壓器地震模擬振動臺試驗325
12.4.1滑動摩擦擺隔震原理325
12.4.2試驗概況326
12.4.3試驗結果328
12.5不同隔震體系下大型變壓器地震響應對比330
12.5.1隔震層參數選取331
12.5.2換流變壓器隔震體系數值模型332
12.5.3地震響應335
12.6大型變壓器設置隔震裝置的經濟效益分析342
12.6.1震后恢復成本組成342
12.6.2易損性分析344
12.6.3經濟性分析345
12.7小結347
第13章支柱類設備的減隔震研究348
13.1概述348
13.2地震響應分析348
13.2.1結構介紹與有限元模型348
13.2.2地震響應分析349
13.2.3支架加固方案353
13.3支柱設備隔震支座設計方法354
13.3.1基于模態(tài)參數的帶隔震支座支柱類設備等效計算模型355
13.3.2支柱類設備隔震支座優(yōu)化設計——以旁路開關為例357
13.3.3中間隔震帶設計361
13.3.4等效模型及隔震裝置效果驗證364
13.4旁路開關復合隔震支座設計與試驗367
13.4.1復合支座設計與數值分析367
13.4.2振動臺試驗371
13.5隔震支座工程應用案例377
13.6小結378
第14章懸吊式換流閥的減震研究380
14.1引言380
14.2懸吊式換流閥張拉式減振控制裝置381
14.2.1張拉式減振控制裝置設置381
14.2.2簡化分析模型381
14.2.3減振措施參數分析384
14.2.4減振效果分析387
14.2.5閥廳—閥塔體系振動臺試驗389
14.3懸吊式換流閥—支柱體系相互作用及減震控制392
14.3.1懸吊式換流閥—換流閥廳縮尺模型振動臺試驗設計392
14.3.2懸吊式換流閥—換流閥廳縮尺模型振動臺試驗結果397
14.3.3多層懸吊換流閥—支柱耦聯體系分析模型402
14.3.4管母對閥塔-支柱體系的影響405
14.4小結414
第15章±800kV特高壓直流穿墻套管的減震研究416
15.1引言416
15.2穿墻套管減震裝置設計及參數選取416
15.2.1減震裝置參數分析416
15.2.2減震效果分析424
15.3穿墻套管減震前后振動臺試驗研究427
15.3.1試驗概況427
15.3.2減震前后穿墻套管響應430
15.3.3試驗與數值仿真模擬結果對比434
15.4工程案例436
15.4.1減震設計的背景437
15.4.2減震設計的要點437
15.5小結438
第16章在運變電站抗震改造實例440
16.1避雷器現場改造440
16.2電流互感器現場改造442
16.3電抗器現場改造443
16.4斷路器現場改造444
16.4.1斷路器在平面內方向改造444
16.4.2斷路器在平面外方向改造444
16.5小結447
參考文獻448