變電站-換流站設(shè)備抗震理論及工程應(yīng)用

目錄
前言
第一篇變電站/換流站設(shè)備的震害調(diào)查
第1章緒論2
1.1變電站（換流站）地震災(zāi)害概述2
1.1.1中國地震特點(diǎn)及其對(duì)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(nèi)外變電站震害實(shí)例3
1.2變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與抗震研究現(xiàn)狀3
1.2.1變電站（換流站）設(shè)備結(jié)構(gòu)基本特征與分類3
1.2.2變電站（換流站）抗震研究現(xiàn)狀5
1.3小結(jié)8
第2章變電站設(shè)備的震害9
2.1汶川地震變電站設(shè)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(shè)備的震害特征13
2.1.3耦聯(lián)設(shè)備的震害特征21
2.1.4懸吊類設(shè)備的震害特征24
2.1.5樓面設(shè)備的震害特征25
2.1.6其他類型設(shè)備的震害特征26
2.2近年變電站設(shè)備震害統(tǒng)計(jì)28
2.2.1玉樹地震震害統(tǒng)計(jì)28
2.2.2云南昭通地震震害統(tǒng)計(jì)28
2.2.3蘆山地震震害統(tǒng)計(jì)29
2.2.4九寨溝地震震害統(tǒng)計(jì)30
2.2.5海地地震震害統(tǒng)計(jì)31
2.2.6新西蘭地震震害統(tǒng)計(jì)31
2.2.7日本311地震震害統(tǒng)計(jì)32
2.3小結(jié)33
第二篇變電站設(shè)備的抗震分析理論和應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(yàn)?zāi)Ｐ?5
3.4.3試驗(yàn)方案47
3.4.4試驗(yàn)結(jié)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(lián)分布參數(shù)模型52
3.5.3理論模型的檢驗(yàn)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證62
3.7特高壓變壓器套管抗震性能及振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)70
3.8小結(jié)74
第4章支柱類設(shè)備抗震性能分析75
4.1引言75
4.2支柱類設(shè)備理論模型75
4.2.1支柱類設(shè)備串聯(lián)分布參數(shù)模型75
4.2.2電氣設(shè)備—柔性節(jié)點(diǎn)—支架體系動(dòng)力模型77
4.3設(shè)備與支架的相互作用80
4.3.1體系自振頻率參數(shù)分析80
4.3.2支柱類電氣設(shè)備的地震響應(yīng)85
4.3.3支架對(duì)GIS套管抗震性能的影響87
4.4單支柱類設(shè)備振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)93
4.4.1試驗(yàn)概況93
4.4.2試驗(yàn)結(jié)果分析94
4.5多支柱類設(shè)備振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)96
4.5.1220kV隔離開關(guān)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究96
4.5.2800kV特高壓隔離開關(guān)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)101
4.5.3試驗(yàn)結(jié)果103
4.6層間型支柱類設(shè)備的抗震分析104
4.6.1電容器塔參數(shù)及模態(tài)分析104
4.6.2電容器塔地震響應(yīng)分析105
4.7小結(jié)107
第5章懸掛類設(shè)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(duì)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(lián)狀態(tài)抗震性能對(duì)比分析132
5.4小結(jié)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(dǎo)線連接電氣設(shè)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(dǎo)線力學(xué)性能141
6.2.1導(dǎo)線位形及水平端子力141
6.2.2導(dǎo)線剛度142
6.3不考慮軟導(dǎo)線抗彎剛度的耦聯(lián)體系的動(dòng)力模型143
6.4不考慮軟導(dǎo)線抗彎剛度的耦聯(lián)體系參數(shù)分析144
6.4.1垂跨比的影響144
6.4.2設(shè)備頻率的影響145
6.5軟導(dǎo)線耦聯(lián)設(shè)備體系地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)147
6.5.1試驗(yàn)概況147
6.5.2試驗(yàn)結(jié)果分析148
6.6分裂導(dǎo)線力學(xué)模型與力學(xué)性能150
6.6.1鏈?zhǔn)娇臻g梁約束模型151
6.6.2考慮抗彎剛度的軟導(dǎo)線力學(xué)模型154
6.6.3分裂導(dǎo)線模型156
6.6.4分裂導(dǎo)線模型試驗(yàn)158
6.6.5分裂導(dǎo)線參數(shù)分析160
6.7分裂導(dǎo)線連接的電氣設(shè)備耦聯(lián)體系地震響應(yīng)164
6.7.1分裂導(dǎo)線連接的特高壓電氣設(shè)備耦聯(lián)體系動(dòng)力模型164
6.7.2動(dòng)力模型數(shù)值計(jì)算方法166
6.7.3分裂導(dǎo)線對(duì)耦聯(lián)體系地震響應(yīng)的影響168
6.7.4電氣設(shè)備頻率對(duì)耦聯(lián)體系地震響應(yīng)的影響173
6.8小結(jié)175
第7章硬導(dǎo)線連接的電氣設(shè)備抗震性能分析176
7.1引言176
7.2特高壓復(fù)合支柱絕緣子耦聯(lián)體系抗震性能數(shù)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(lián)體系地震響應(yīng)有限元數(shù)值仿真結(jié)果178
7.2.3簡化連接的支柱絕緣子耦聯(lián)體系地震響應(yīng)計(jì)算分析181
7.3硬導(dǎo)線連接的支柱類設(shè)備整體分析方法181
7.3.1模型計(jì)算簡圖及假定181
7.3.2硬導(dǎo)線耦聯(lián)體系運(yùn)動(dòng)方程182
7.4硬導(dǎo)線連接的支柱類設(shè)備在弱耦聯(lián)情形下的隔離分析方法183
7.4.1弱耦聯(lián)體系基本特征分析難點(diǎn)184
7.4.2求解思路184
7.4.3支柱子結(jié)構(gòu)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(píng)價(jià)189
7.5±800kV特高壓支柱絕緣子耦聯(lián)體系振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)190
7.5.1試驗(yàn)概況190
7.5.2支柱絕緣子耦聯(lián)體系振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果192
7.5.3振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析193
7.5.4硬導(dǎo)線耦聯(lián)體系整體分析方法驗(yàn)證196
7.5.5硬導(dǎo)線耦聯(lián)體系考慮弱耦聯(lián)效應(yīng)的隔離分析方法驗(yàn)證198
7.5.6整體法與隔離法差異分析200
7.6硬導(dǎo)線連接的支柱類設(shè)備參數(shù)分析201
7.6.1連接剛度對(duì)自振頻率影響201
7.6.2兩設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)自振頻率影響202
7.6.3連接剛度對(duì)地震響應(yīng)影響203
7.6.4兩設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)地震響應(yīng)影響203
7.6.5非比例阻尼影響204
7.7硬導(dǎo)線連接的支柱類設(shè)備耦聯(lián)體系抗震設(shè)計(jì)建議206
7.7.1硬導(dǎo)線耦聯(lián)設(shè)備反應(yīng)譜法計(jì)算地震響應(yīng)參數(shù)分析206
7.7.2硬導(dǎo)線連接的支柱類設(shè)備耦聯(lián)體系抗震設(shè)計(jì)方法207
7.8小結(jié)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(dòng)力特性及地震響應(yīng)分析210
8.2.1穿墻套管結(jié)構(gòu)特征 210
8.2.2穿墻套管有限元模型211
8.2.3穿墻套管動(dòng)力特性分析 212
8.2.4地震響應(yīng)分析 213
8.3±800kV特高壓直流穿墻套管振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究214
8.3.1±800kV特高壓穿墻套管結(jié)構(gòu)參數(shù) 214
8.3.2試驗(yàn)方案及傳感器布置 215
8.3.3特高壓穿墻套管動(dòng)力特性及地震響應(yīng) 216
8.3.4安裝板扭擺效應(yīng)的影響 220
8.4穿墻套管—閥廳體系抗震性能評(píng)估及提升221
8.4.1穿墻套管—閥廳體系的地震響應(yīng) 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(jié)232
第9章設(shè)備耦聯(lián)回路抗震分析及設(shè)計(jì)234
9.1引言234
9.2特高壓換流站典型設(shè)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(lián)回路抗震解耦設(shè)計(jì)256
9.3.1直流場(chǎng)區(qū)域256
9.3.2閥廳及換流變區(qū)域259
9.3.3交流場(chǎng)區(qū)域265
9.4小結(jié)267
第10章變電站室內(nèi)樓面設(shè)備的抗震性能及設(shè)計(jì)268
10.1概述268
10.2變電站—樓面設(shè)備體系仿真建模與動(dòng)力特性分析269
10.2.1變電站—樓面設(shè)備體系有限元建模269
10.2.2變電站—樓面設(shè)備體系動(dòng)力特性分析273
10.3變電站—樓面設(shè)備地震響應(yīng)分析274
10.3.1樓面加速度放大系數(shù)峰值274
10.3.2樓面譜加速度放大系數(shù)曲線275
10.4樓面電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜283
10.4.1計(jì)算模型與計(jì)算公式283
10.4.2樓面加速度峰值放大系數(shù)283
10.4.3樓面譜加速度放大系數(shù)283
10.4.4相關(guān)系數(shù)影響分析284
10.5規(guī)范對(duì)比與算例分析285
10.5.1規(guī)范對(duì)比285
10.5.2算例分析286
10.6小結(jié)287
第11章變電站/換流站設(shè)備震損評(píng)估與抗震韌性288
11.1概述288
11.2換流站設(shè)備與關(guān)鍵回路基于經(jīng)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(dòng)聚類方法的易損性分析291
11.3.1地震動(dòng)主成分分析與聚類291
11.3.2基于地震動(dòng)聚類的易損性分析方法295
11.4變電站/換流站設(shè)備的震后損傷識(shí)別方法299
11.4.1電氣設(shè)備“兩階段”地震實(shí)時(shí)損傷識(shí)別方法300
11.4.2振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)破壞工況301
11.4.3損傷識(shí)別結(jié)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(xiǎn)性的蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬305
11.5.3抗震韌性指標(biāo)對(duì)比308
11.5.4抗震韌性評(píng)估方法總結(jié)312
11.6小結(jié)312
第三篇減隔震理論和相關(guān)應(yīng)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(jié)構(gòu)的自振周期315
12.2.2大型變壓器隔震設(shè)計(jì)目標(biāo)316
12.2.3等效線性化隔震設(shè)計(jì)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)321
12.3.1試驗(yàn)概況322
12.3.2動(dòng)力特性323
12.3.3地震響應(yīng)323
12.4采用滑動(dòng)摩擦擺隔震的變壓器地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)325
12.4.1滑動(dòng)摩擦擺隔震原理325
12.4.2試驗(yàn)概況326
12.4.3試驗(yàn)結(jié)果328
12.5不同隔震體系下大型變壓器地震響應(yīng)對(duì)比330
12.5.1隔震層參數(shù)選取331
12.5.2換流變壓器隔震體系數(shù)值模型332
12.5.3地震響應(yīng)335
12.6大型變壓器設(shè)置隔震裝置的經(jīng)濟(jì)效益分析342
12.6.1震后恢復(fù)成本組成342
12.6.2易損性分析344
12.6.3經(jīng)濟(jì)性分析345
12.7小結(jié)347
第13章支柱類設(shè)備的減隔震研究348
13.1概述348
13.2地震響應(yīng)分析348
13.2.1結(jié)構(gòu)介紹與有限元模型348
13.2.2地震響應(yīng)分析349
13.2.3支架加固方案353
13.3支柱設(shè)備隔震支座設(shè)計(jì)方法354
13.3.1基于模態(tài)參數(shù)的帶隔震支座支柱類設(shè)備等效計(jì)算模型355
13.3.2支柱類設(shè)備隔震支座優(yōu)化設(shè)計(jì)——以旁路開關(guān)為例357
13.3.3中間隔震帶設(shè)計(jì)361
13.3.4等效模型及隔震裝置效果驗(yàn)證364
13.4旁路開關(guān)復(fù)合隔震支座設(shè)計(jì)與試驗(yàn)367
13.4.1復(fù)合支座設(shè)計(jì)與數(shù)值分析367
13.4.2振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)371
13.5隔震支座工程應(yīng)用案例377
13.6小結(jié)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(shè)置381
14.2.2簡化分析模型381
14.2.3減振措施參數(shù)分析384
14.2.4減振效果分析387
14.2.5閥廳—閥塔體系振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)設(shè)計(jì)392
14.3.2懸吊式換流閥—換流閥廳縮尺模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果397
14.3.3多層懸吊換流閥—支柱耦聯(lián)體系分析模型402
14.3.4管母對(duì)閥塔-支柱體系的影響405
14.4小結(jié)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(shè)計(jì)及參數(shù)選取416
15.2.1減震裝置參數(shù)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究427
15.3.1試驗(yàn)概況427
15.3.2減震前后穿墻套管響應(yīng)430
15.3.3試驗(yàn)與數(shù)值仿真模擬結(jié)果對(duì)比434
15.4工程案例436
15.4.1減震設(shè)計(jì)的背景437
15.4.2減震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)437
15.5小結(jié)438
第16章在運(yùn)變電站抗震改造實(shí)例440
16.1避雷器現(xiàn)場(chǎng)改造440
16.2電流互感器現(xiàn)場(chǎng)改造442
16.3電抗器現(xiàn)場(chǎng)改造443
16.4斷路器現(xiàn)場(chǎng)改造444
16.4.1斷路器在平面內(nèi)方向改造444
16.4.2斷路器在平面外方向改造444
16.5小結(jié)447
參考文獻(xiàn)448