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《中国地震局地球物理研究所》 2002年
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电瓷型高压电气设备体系抗震性能分析

李亚琦  
【摘要】: 本文以LW11-252/Q瓷柱型六氟化硫断路器为研究对象,进行了振动台试验和有限元分析计算,建立了有效的电瓷型电气设备体系(包括减震器、导线)的有限元模型及相应的计算分析方法,研究了高压电气设备的抗震性能,以及减震器和导线对电气设备抗震性能的影响。具体研究内容及取得的研究结果包括: 一.本文首先介绍了电瓷型高压电气设备的重要性及其在地震中的表现。震害资料表明,电瓷型高压电气设备的破坏是引起高压电网系统破坏的关键点,而此类设备的破坏主要由于设备瓷柱部分脆性破坏造成。因此,以往该类设备的抗震性能的研究主要集中于瓷柱的研究。根据电瓷型高压电气设备的结构特征以及设备在运行时的状态可知,影响设备抗震性能的因素主要包括:瓷柱、瓷柱之间的连接法兰、设备支架、设备的减震和隔震装置、设备之间的导线等。本文从这些因素出发,总结了目前有关这些因素的研究成果以及存在的问题,并确定了本文的研究内容。 二.中国地震局工程地震中心与北京开关厂合作的“LW11-252/Q瓷柱型六氟化硫断路器抗震性能和铅合金减震器减震性能分析的振动台试验”项目工作是本文的工作内容之一。本文首先开展了断路器及含铅合金减震器的断路器设备的振动台试验,而后结合这一试验结果及已有的相关试验结果,开展了断路器本体(包括支架)和减震器的试验分析与理论模型研究的工作。 本文在进行规范规定输入下断路器振动台试验的同时,着重进行了基于一定震级和距离特定地震的地震动输入下断路器、包括铅合金减震器的断路器设备的振动台试验。在这一部分工作中,首先详细地介绍了“LW11-252/Q瓷柱型六氟化硫断路器抗震性能和铅合金减震器减震性能分析的振动台试验”,包括试验目的、试验设计、试验数据、试验结果。本次试验依照《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96),IEEE693-1997,IEC68-3-3,IEC1166,IEC68-2-59,IEC68-2-57等规范的有关条款进行了试验设计,包括振动波形设计、测点布置、试验步骤等。同时,本次试验还在规范的要求之外增加了设定地震下地震动输入的特殊试验内容。试验按计划完成,得到了有效的试验数据。试验结果表明:在试验设计确定 的地震动输入下,铅合金减震器的减震效果良好,不仅降低了断路器地震破坏指 标——瓷柱根部应变,而且没有显著增加断路器顶部的位移和加速度反应。 三.开展了断路器设备,包括铅合金减震器的断路器设备的理论计算分析, 建立了考虑扭转效应的断路器设备的三维有限元计算模型。由于振动台振动位移 的限制,振动台试验仅能进行短周期成分丰富的地震动试验,不能全面地评价断 路器的抗震性能和铅合金减震器的减震效果。因此本文在试验的基础上建立了断 路器和铅合金减震器的理论计算模型,以便进一步分析设备的抗震性能及减震器 的减震效果。考虑到断路器结构体系可能产生的扭转效应,本文建立了三维的有 限元计算模型。模型中,瓷柱之间的连接法兰采用较为成熟的弹性连接模型,铅 合金减震器简化为塑性杆单元。为了与试验结果进行比较,有限元计算时采用振 动台台面输出加速度时程作为计算模型输人地震动加速度时程。计算结果与试验 结果的比较解释了试验结果,并证明了本文建立的三维有限元模型是合理的,可 以用于后续计算分析。 四.首次在断路器之类的电瓷型电气设备动力特性分析计算中,考虑了特殊 地震动输人的影响,研究了在长周期成分丰富地震动以及含有速度脉冲近场地震 动作用下,电瓷型高压电气设备的动力反应特性和铅合金减震器的减震效果。计 算结果表明,在长周期成分丰富的地震动作用下,电瓷型高压电气设备加速度的 放大倍数及应变反应与振动台输入短周期含量丰富地震动作用下的反应接近。而 在含有速度脉冲近场地震动作用下,这两项指标的反应值明显小于前面两种类型 地震动作用下的反应。从铅合金的减震效果来讲,在长周期成分丰富的地震动作 用下,铅合金减震器的减震效果不如预期的效果好。本文建议,在可能产生长周 期成分丰富地震场地上的工程中,应该慎用铅合金减震器。而在含有速度脉冲近 场地震动作用下,铅合金减震器不但没有降低瓷柱的应变,一些情况下还增加了 瓷柱的应变。因此,铅合金减震器也不适用于这种含有速度脉冲型地震动情况。 本文探讨的铅合金减震器的动力特性与适用范围,对工程应用具有一定指导意 义。 五.本文首次利用大变形有限元方法,进行了设备导线体系整体特性的研究。 导线是影响高压电气设备动力反应的重要因素之一。设备在正常的运行状态时都 有导线相连,而观行的抗震分析仅针对设备单体,即使考虑导线的作用也仅仅是 在设备与导线连接处施加静力荷载,这显然是不准确的。目前,己有少数研究者 开始研究导线对设备抗震性能的影响,但都局限于研究导线自身的动力性能。本 文首先根据Dastous试验结果研究了两端固定情况下导线的动力响应对支座的反 作用,然后设计了两个截面特性和自振频率不同的支柱,讨论了不同设备特性情
【学位授予单位】:中国地震局地球物理研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:P315.9;TM81

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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4 尤红兵;赵凤新;;铅合金减震器在SF_6断路器减震中的应用[J];电网技术;2010年11期
5 王黎明;汪创;傅观君;单飞;关志成;;特高压直流平波电抗器的复合支柱绝缘子抗震特性[J];高电压技术;2011年09期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘彦辉;带有分布参数的串联体系地震响应分析及智能控制[D];兰州理工大学;2009年
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1 刘普林;地震载荷作用下大型球磨机有限元分析[D];南京航空航天大学;2011年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 蒋欢军,吕西林,卢文胜,李帧章,廖旭钊;广州南航大厦模型地震模拟振动台试验研究[J];四川建筑科学研究;2001年01期
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8 李明;空间索单元的刚度矩阵和内力[J];四川建筑科学研究;2003年02期
9 李扬,高日,晏景通;自重对索网结构找形的影响[J];四川建筑科学研究;2003年02期
10 王建强,姚谦峰;基础隔震偏心结构扭转振动反应分析[J];四川建筑科学研究;2004年01期
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1 李根;唐春安;李连崇;;一个可用于全耦合固结分析的低阶稳定新单元[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 郑玉磊;张明旭;袁胜万;郭俊康;;高速机床立柱有限元分析及优化设计[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
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4 李辉;孙利平;雷龙;;板簧支架动态外载的计算和疲劳分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
5 邹晓红;王银邦;冯义然;;浅海重力式平台在三维地震作用下的动力分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
6 朱虹;施嘉伟;吴智深;Hesham Diab;;快速荷载下FRP片材-混凝土界面性能试验研究[A];第七届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集[C];2011年
7 陈召;;振动法识别张弦结构的索力[A];第十一届后张预应力学术交流会论文集[C];2011年
8 杨永涛;张建海;王慧娟;徐元金;张志雄;项庆伟;;隘口沥青心墙坝坝基溶洞处理措施研究[A];2011四川省水文、工程、环境地质学术交流会论文集[C];2011年
9 卢央泽;李丽君;张明峰;;充填法开采条件下导水裂隙发育规律预测与分析[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
10 彭斌;;220kV清水海变电站GW7C-252隔离开关消能减震设计[A];2011年云南电力技术论坛论文集(入选部分)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭庆勇;非保守系统Fourier卷积型拟变分原理研究及应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王学庆;考虑土—结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 王德才;基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究[D];合肥工业大学;2010年
5 史海莹;双排桩支护结构性状研究[D];浙江大学;2010年
6 马立峰;动荷载条件下多年冻土区斜坡路基稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
7 吴静;多重螺旋箍筋增韧轻质混凝土抗震性能研究[D];武汉理工大学;2010年
8 孙潮;钢管混凝土格构柱与桁拱轴力弯矩相关曲线研究[D];福州大学;2009年
9 赵平;高速铁路站场设计及参数优化研究[D];北京交通大学;2011年
10 郭猛;框架—密肋复合墙结构抗震性能与设计计算方法研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张伟杰;高层建筑和高耸结构的简化动力分析[D];河南理工大学;2010年
2 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年
3 郑珊珊;带流量稳定器的先导式比例减压阀设计研究与特性分析[D];山东科技大学;2010年
4 任克彬;大型渡槽结构主动变阻尼控制研究[D];郑州大学;2010年
5 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
6 王永伟;框架一剪力墙结构抗震性能分析[D];郑州大学;2009年
7 王建亮;摩擦摆基础隔震结构多维地震反应分析[D];郑州大学;2009年
8 刘翔;空心板简支梁桥地震非线性碰撞研究[D];郑州大学;2010年
9 张琰鑫;农村夯土类住宅抗震性能研究[D];郑州大学;2010年
10 攸青言;摩擦摆基础隔震结构地震反应影响因素分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘文光;何文福;霍达;付伟庆;;大高宽比隔震结构双向输入振动台试验及数值分析[J];北京工业大学学报;2007年06期
2 韩淼,王亮;二次结构系统抗震研究的发展综述及展望[J];北京建筑工程学院学报;2002年02期
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6 吴光亚;王昭武;张锐;叶立茂;;1000 kV交流特高压支柱瓷绝缘子制造技术[J];电瓷避雷器;2010年01期
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8 徐健学,邹曼君,朱国培,吴慧中,周纪卿,江全德,商友悌;KW4型空气断路器抗震分析[J];地震工程与工程振动;1985年03期
9 杨亚弟,张其浩,苏文藻,赵道揆,焦悦琴;FZ-110J型避雷器体系抗震分析[J];地震工程与工程振动;1988年02期
10 李宏男,陆鸣,王前信;大跨越自立式高压输电塔-电缆体系的简化抗震计算[J];地震工程与工程振动;1990年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 韩淼;王亮;;耦联主次结构体系隔震减振分析[A];防震减灾工程研究与进展——全国首届防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 杜永峰;被动与智能隔震结构地震响应分析及控制算法[D];大连理工大学;2003年
2 文波;配电楼—电气设备系统的地震反应及减震控制研究[D];西安建筑科技大学;2008年
3 国巍;基于耦合效应的主—附结构体系地震响应研究[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋凤梅;考虑结构—电气设备相互作用的大型变电站地震易损性分析研究[D];西安建筑科技大学;2011年
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3 陈黎明;球磨机筒体应力的三维有限元分析及其剩余寿命预测研究[D];中南大学;2004年
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5 林文玉;高强度螺栓连接高温力学性能有限元分析[D];武汉理工大学;2006年
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7 张沛;基于结构地震震害矩阵的建筑抗震设防原则研究[D];中国地震局工程力学研究所;2007年
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9 程小燕;框架混凝土结构静力弹塑性分析方法与非线性动力分析方法的对比[D];中国建筑科学研究院;2007年
10 王乐意;消能减震结构的动力分析及优化设计[D];重庆大学;2007年
【二级引证文献】
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2 韦文兵;吴轶;蔡健;杨春;唐冬;陈寅;;大型换流站阀厅结构地震响应弹塑性分析[J];地震工程与工程振动;2011年05期
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7 汪秋宾;宋兵;;高地震地区牵引变电所电气设施适应性分析[J];电气化铁道;2013年01期
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9 康延武;郭勤涛;姬建钢;王成伟;;考虑土-结构相互作用的磨机-基础有限元动力分析[J];矿山机械;2013年02期
10 解琦;郝际平;张文强;丁媛媛;林山;张玉明;;日中美抗震规范中电气设备抗震设计研究[J];世界地震工程;2009年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 文波;配电楼—电气设备系统的地震反应及减震控制研究[D];西安建筑科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 杨长青;基于地震动参数高压电气设备的易损性分析[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
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6 马冬豹;输变电电气设备典型结构的抗震性能研究[D];西安建筑科技大学;2012年
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 记者 赵晓琳;金利华电5000万元揽入强联电瓷[N];上海证券报;2011年
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5 记者 李楠;大连电瓷重组一汽大连铸造[N];大连日报;2008年
6 本报记者 刘启红;“芦溪电瓷”是如何逆市走强的[N];江西日报;2009年
7 本报记者 高荆萍;大连电瓷以高端产品连接世界[N];中国工业报;2009年
8 记者俞安;抚顺电瓷厂制造有限公司 用产品质量敲开市场大门[N];抚顺日报;2011年
9 何珍 记者 李楠;大连电瓷集团获国家科技进步一等奖[N];大连日报;2010年
10 本报记者 王山林 通讯员 林颖鸿;电瓷第一镇 电力做后盾[N];国家电网报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李亚琦;电瓷型高压电气设备体系抗震性能分析[D];中国地震局地球物理研究所;2002年
2 董志君;钢筋混凝土结构抗震性能分析方法及体系可靠性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 董志君;钢筋混凝土结构抗震性能分析方法及体系可靠性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 郭楠;混凝土板—柱结构设计相关问题[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 云迪;大跨中承式钢管混凝土拱桥静力及抗震性能[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 徐磊;底部大空间剪力墙结构抗震性能研究[D];同济大学;2006年
7 邹中权;桥梁结构抗震性能概率性分析方法研究[D];中南大学;2010年
8 殷占忠;带有约束屈曲支撑杆件的空间网壳结构抗震性能分析与试验研究[D];兰州理工大学;2008年
9 郭伟亮;高层斜交网格筒结构体系力学性能及地震失效控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 马宁;工学博士学位论文全钢防屈曲支撑及其钢框架结构抗震性能与设计方法[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张玉萍;钢管混凝土拱桥的抗震性能分析[D];武汉理工大学;2005年
2 卞琳;高强混凝土短柱抗震性能试验及非线性有限元分析[D];西安建筑科技大学;2005年
3 王本兴;框架填充墙结构体系的抗震性能分析[D];北京林业大学;2007年
4 章一萍;大底盘双塔楼连体结构的抗震性能分析和设计[D];重庆大学;2004年
5 李玉杯;复杂体型高层建筑抗震性能分析[D];四川大学;2005年
6 肖楠;带箱形转换层短肢剪力墙高层建筑抗震性能分析[D];武汉理工大学;2006年
7 方开敏;钢筋混凝土框—撑结构抗震性能分析[D];合肥工业大学;2006年
8 朱玲玲;带竖缝钢板剪力墙抗震性能研究[D];河北工程大学;2007年
9 郭鸿儒;水电站端部厂房段动力特性及抗震性能分析研究[D];西安理工大学;2008年
10 刘丽辉;砖墙—钢筋混凝土剪力墙组合结构抗震性能研究[D];内蒙古科技大学;2009年
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