GIS高压电气设备抗震性能试验研究

GIS高压电气设备抗震性能试验研究

黄道祥

国网山西省电力公司检修分公司

山西省太原市 030032

摘要：通过对发生地震的区域电力系统进行调查发现，电力系统在遭受地震破坏后，发生的损坏程度较大，严重影响当地的电力系统的有效供电，对电力系统进行改善加入了能够抗震的高压电气设备。气体绝缘全封闭组合电（GIS）具有较强的抗震性能，电力系统在改善时，将GIS加设在内，从而提升电力系统的抗震性能。而GIS拥有的抗震性能的程度有多高，需要进行研究。对GIS高压电气设备进行的抗震性能试验，具体内容如下。

关键词：GIS；高压电气；抗震性

1 GIS电气设备

我国部分地区发生地震的现象较多，技术人员对于这类地区的电力系统拥有的变电站设备进行研究发现，在此地区发生地震后变电站设备中的GIS设备的抗震性能较高，可以在地震多发地区的变电站设备中加入GIS设备，从而保护电力系统避免遭受地震灾害的损害。通过对GIS设备进行研究，GIS设备的制造是将断路器、互感器、接地开关、隔离开关、控制机关、避雷器、母线、出线的终端等重要部件全部通过金属接地外壳将其包裹在内，具有封闭的特点。

2 抗震试验目的与内容

对于GIS设备的抗震性能的试验，采取的是结构振动试验。结构振动试验能够检测出设备在某一因素影响下产生的具体影响或者是能够检测出设备结构具有的性能。此实验的建立是为了满足在无法掌握灾害资料时而采取的措施。地震灾害对电力系统的危害较大，一直进行抗震研究，抗震研究中经常采取的是理论与实际试验相结合的方法。试验是将理论作为试验的指导依据，得到的试验结果又可使理论更具体化，使得到的最终结果更具有的指导性意义。抗震研究中运用的是地震模拟振动台，能够观看地震的全过程，地震波的推动是采用人工的方式，通过加大地震波观察结构的反应和破坏程度，在此过程中，还能够得到结构在面对地震和振动荷载时拥有的动力特性和抗震性能。通过试验讲述的不断发展，试验的结果与实际地震产生的影响越来越贴近，能够真切地反应出结构具有的抗震性能。由此可见，可以依赖地震模拟振动台的试验。在试验高压电气设备时，在采取抗震计算外，还要加入地震模拟振动台的试验。

3 试验设计原理

3.1 试验设计波形

（1）自振特性试验。在对结构设备进行自振特性测试时采取的是两种方法，一是白噪声扫描试验，二是正弦快速扫描试验。在正弦快速扫描试验中，利用的是瞬态激励信号来反应结构设备的自振特性。发出的信号是通过能够反应振荡频率变化的可控信号发生器产生的，通过发出的激振信号能够根据正弦的规律进行变化。白噪声扫描试验利用的是宽带激励方式，其中的自功率谱采用的是平直谱方式，平直谱上的频率点强度相等。利用白噪声激励时，能量是在整个频带上进行分布，正弦快速扫描信号能量则是在单一的频率点上进行分布，需要严格限制信号幅度，从而保证试验的安全性。通过两种方法的比较，白噪声扫描试验优于正弦快速扫描试验，应用白噪声扫描试验。

（2）时间历程试验。通过对地震波进行研究发现，地震波具有复杂、不重复的特点，利用不同的设备对地震波进行反应，得到的动力反应也具有差异化。如果在试验中只是采取某一强震中拥有的波形进行试验，无法达到试验目标。地震模拟振动台的作用是通过模拟地震的能量将设备的动力反应特征呈现出来。试验结果的准确性，需要通过合理确定试验输入得以实现。在实验输入时，需要将波形及参数进行合理化设定，包含波频特性、速度、振动持续时间等。采取的波形中含有以下几种：连续正弦波形、正弦共振拍波形、人工地震波形等。通过不断的实验得出，在模拟时利用人工地震波更具有科学、合理性。我国制定的规范中，已经将人工合成地震波作为模拟时要采取的方式。

3.2 样机的安装与固定

GIS设备在运用时是需要进行安装的，通过按照制造厂商的安装程度规定进行安装后，并将设备的各个参数进行检验，达到合格的标准后再将GIS设备安装在振动台台面上。安装振动台台面的过程需要根据国家第三部分地震试验方法与第二部分的试验样品安装规定进行有效安装。在安装时，需要直接或者是利用刚性试验夹具达到紧固试验台安装的要求。可以利用典型安装方法，同时避免采用附加的支架与缚带。支架与缚带只是用于固定和连接，在运用时要达到不影响设备的动态性能，而且加入的应力或者是质量需要使设备与在实际工作中的位置受到的应力相同。

3.3 样机测点的选择和布置

在试验时需要利用记录仪器，可以采取加速度传感器和位移计以及应变片记录仪器。在运用加速度传感器时需要注意的环节是，如果加速度传感测点越多，那么在试验设备结果时对结构拥有的动力响应情况就了解得更清晰。但是在实际试验时，需要对测点进行少布置，原因是能够缩减仪器设备的使用，并节省人力，达到缩减成本的目的。采取测点少布置方式还能够将试验的重心进行突显，使质效比得到提升。

3.4 试验方法和步骤

试验步骤：（1）动力特性测试。将GIS设备的固有频率进行测验，考核其共振状态下设备的反应。动力特性测试是试验中的重要环节，地震波的卓越频率范围在0.5～10Hz。如果设备拥有的固有频率能够接近地震波的卓越频率，能够使设备进行共振。如果GIS设备拥有的阻尼较小，那么其衰减性能会很差，对于地震能量的抵抗力较低。动力特性测试为第一步骤，利用白噪声激励技术进行试验。（2）考核设备的抗震性能。利用人工地震波及El-centro波输入振动台面完成抗性能的考核。从而得到各测点拥有的加速度、位移、应变、应力的反应能力，根据反应能力结果进行抗震性能分析。

4 动力特性试验结果

（1）自振频率。自振频率是通过结构呼应与输入信号之间进行的函数传递得到的，传递函数是结构通过简谐振动的干扰作用，产生了稳态性的响应与干扰之间的比值。如果是在频域内，则传递的函数为结构在输入信号为某一频率的简谐振动时所产生的被放在的倍率。如果输入的信号频率与结构自身拥有的自振频率具有接近或者是等于状态时，那么结构响应会达到最大值。通过白噪声激励的作用，是将幅值相同、频率不相同的多个简谐振动叠加的结果显示出来。如果结构在白噪声的激励下产生的响应，可以看成频率在相同的范围内具有的简谐振动叠加的效果，两者之间产生的比值即为传递函数。

（2）阻尼比。结构拥有的阻尼比可以利用多种方法进行检测，使用最多的方法是半功率法。使用频率的原因是求解过程简单化。半功率法是将结构自振频率和共振点的峰值反应进行缩减，缩减程度达到减少至12倍，此时所对应的频率即为阻尼比。通过运用半功率法，设备在经历过振动激励后，整体频率没有明显变化，表明结构并未损坏。

5 结束语

综上所述，通过对GIS高压电气设备进行抗震性能测试，套管在震后并未发生损坏，GIS设备阻尼与频率变化较小。GIS设备加速度响应会受到地震波的影响，随着地震波的加大而增大，容易产生套管损坏。基于此，在套管处需要加强措施实现抗震能力，从而使整个GIS高压电气设备具有抗震性能。

参考文献

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