【摘要】：近年來(lái)我國(guó)地震頻發(fā),汶川地震及余震先后引起災(zāi)區(qū)110kV及以上變電站停運(yùn)90座,廬山地震造成24座變電站受損,造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,給救援和震后重建工作帶來(lái)諸多不便。高壓電器的抗震性能已成為國(guó)家電網(wǎng)和國(guó)內(nèi)外電器生產(chǎn)企業(yè)極為重視的電器性能指標(biāo)之一。在開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備中,氣體絕緣全封閉組合電器(Gas insulated enclosed combination switch,GIS)相比其他開(kāi)關(guān)設(shè)備具有更好的抗震性能,是地震多發(fā)地帶優(yōu)先選用的高壓電器設(shè)備形式。但是GIS設(shè)備體積龐大,難以在振動(dòng)臺(tái)上考核其抗震性能,且存在抗震實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)高等問(wèn)題,高壓電器企業(yè)普遍缺少在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品的抗震評(píng)估。本文以ZF48-126型三相共箱式小型化GIS進(jìn)行抗震計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果可指導(dǎo)GIS結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),評(píng)估設(shè)備抗震能力,提高安全裕度。主要工作和研究?jī)?nèi)容如下:1.闡述了課題來(lái)源和研究意義,對(duì)目前國(guó)內(nèi)外高壓電氣設(shè)備抗震性能的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié),分析了抗震設(shè)計(jì)方法在高壓電氣設(shè)備抗震性能方面的應(yīng)用,提出了相關(guān)研究成果存在的不足和需要繼續(xù)研究的一些問(wèn)題。2.對(duì)有限元法的理論和求解步驟進(jìn)行了闡述,介紹了三種抗震設(shè)計(jì)理論在GIS抗震性能分析中的應(yīng)用原理,分別總結(jié)了三種方法在GIS抗震分析中的優(yōu)點(diǎn)及其局限。3.建立有限元模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模態(tài)分析,分析了前15階固有頻率和前8階振型圖,研究了重心位置對(duì)固有頻率的影響,討論了優(yōu)化需要采用的措施。4.采用反應(yīng)譜法,根據(jù)GB/T13540-2009《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的抗震要求》的相關(guān)規(guī)定,在進(jìn)行仿真時(shí)輸入的地震載荷選擇AG5抗震水平下2%阻尼比的響應(yīng)譜。仿真結(jié)果顯示,本文研究的110kV GIS與地震頻率較為接近,在發(fā)生地震時(shí)容易產(chǎn)生共振;通過(guò)地震譜分析可以得到,在AG5抗震設(shè)防要求時(shí)各個(gè)部件的安全系數(shù)。并且用時(shí)程分析法作為在時(shí)域內(nèi)的后序驗(yàn)證方法,與反應(yīng)譜分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,對(duì)分析與計(jì)算結(jié)果是否相符進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)對(duì)EI-Centro地震波和天津波激勵(lì)下GIS結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn),在峰值加速度相同時(shí),波形的影響相對(duì)更大,并探討了產(chǎn)生誤差的原因。5.以110kV GIS出線(xiàn)殼體為研究對(duì)象,通過(guò)響應(yīng)表面法對(duì)出線(xiàn)殼體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)有限元仿真驗(yàn)證優(yōu)化方法的可行性。進(jìn)行優(yōu)化后的應(yīng)力分析和加載地震波后出線(xiàn)瓷套最大位移的分析,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后出線(xiàn)殼體具有更強(qiáng)的安全系數(shù),有利于GIS抗震水平的提高。
[Abstract]:In recent years, the frequent occurrence of earthquakes in China, Wenchuan earthquake and aftershocks have caused 90 substations in the disaster area 110kV and above, and the Lushan earthquake has caused damage to 24 substations, resulting in huge casualties and economic losses, which has brought a lot of inconvenience to rescue and post-earthquake reconstruction. The seismic performance of high voltage electrical appliances has become one of the electrical performance indexes attached great importance to by national power grid and domestic and foreign electrical appliances production enterprises. In switchgear, gas insulated fully enclosed combiner (Gas insulated enclosed combination switch,GIS) has better seismic performance than other switchgear, and it is a preferred form of high voltage electrical equipment in earthquake prone zone. However, the size of GIS equipment is so large that it is difficult to evaluate its seismic performance on the vibrating table, and there are some problems, such as high cost of seismic experiment. High voltage electrical enterprises generally lack the seismic evaluation of products in the early design link. In this paper, the seismic calculation and analysis of ZF48- 126 three-phase common box miniaturized GIS are carried out. The calculated results can guide the optimal design of GIS structure, evaluate the seismic capacity of the equipment and improve the safety margin. The main work and research contents are as follows: 1. This paper expounds the source and significance of the research, summarizes the research status of seismic performance of high voltage electrical equipment at home and abroad, analyzes on the application of seismic design method in the seismic performance of high voltage electrical equipment, and puts forward the shortcomings of the relevant research results and some problems that need to be further studied. 2. The theory and solving steps of finite element method are described, the application principles of three seismic design theories in GIS seismic performance analysis are introduced, and the advantages and limitations of the three methods in GIS seismic analysis are summarized respectively. Based on the finite element model, the modal analysis is carried out, the first 15 natural frequencies and the first 8 vibration modes are analyzed, the influence of the position of the center of gravity on the natural frequency is studied, and the measures to be adopted for optimization are discussed. 4. According to the relevant provisions of GB/T13540-2009 "Seismic requirements of High Voltage switchgear and Control equipment", the response spectrum of 2% damping ratio at AG5 seismic level is selected when the seismic load input is carried out by using response spectrum method. The simulation results show that the 110kV GIS studied in this paper is close to the seismic frequency and is prone to resonance in the event of earthquake. Through seismic spectrum analysis, the safety factor of each component can be obtained when AG5 seismic fortification is required. The time history analysis method is used as the post-sequence verification method in the time domain, and the results are compared with the results of the response spectrum analysis, and the results are in good agreement with the calculated results. According to the comparison of the dynamic response results of GIS structure excited by EI-Centro seismic wave and Tianjin wave, it can be found that the influence of waveform is relatively greater when the peak acceleration is the same, and the cause of error is discussed. 5. Taking the 110kV GIS outgoing shell as the research object, the optimal design of the outgoing shell is carried out by the response surface method, and the feasibility of the optimization method is verified by finite element simulation. The stress analysis after optimization and the analysis of the maximum displacement of porcelain sleeve after loading seismic wave show that the optimized shell has stronger safety factor, which is beneficial to the improvement of seismic level of GIS.
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)理工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM595

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本文編號(hào)：2497699