关于550kV GIS高压开关设备的抗震性能探索

关于 550kV GIS高压开关设备的抗震性能探索

张义宸 1 ，马悦 2

山东电工电器日立高压开关有限公司，山东省济南市， 250132

摘要：随着社会的进步、发展，人们对电资源的需求逐渐增加，这促使该行业逐渐进入了全新时代。变电站数量的增多，强化了电输出工作质量，其中较为关键的设备便是GIS。该设备不仅在内部发挥出了关键的作用，其具体质量还直接影响了变电站的运行，为此要强化其在抗震方面的研究。基于此，本文重点分析了GIS高压电气设备的抗震设计原理，细致阐述了以及相应试验内容，供参考。

关键词：550kV；GIS高压开关设备；抗震性能

引言：随着国家在电力方面的能力提升，让国内的高压设备种类、数量持续增加。为保障在使用过程中的性能，便增设了550kVGIS高压开关设备，该方式受到了多个国家的推广与使用。在分析、研究550kVGIS外体结构中的抗震性能情况时，要依据相应理论内容的使用，来为国内该方面的进步、发展作出支撑、保障。

一、550kVGIS高压电气设备抗震设计理论

该抗震理论内容最早使用的领域是建筑行业，并在其中得到了大面积普及。随着科学技术的不断进步，将抗震设计理论逐渐被使用在其他领域中，而美国作为强国之一，通过不断地研究，已经可以成功将该技术熟练使用。国内在进行高压电气设备结构抗震设计，以及相应措施的选用时，要与以下几方面的规定相符合。分别是：一，早期的规范内容《电力设备抗震设计规范》中表示，在对电力建筑物、设备进行设计的过程中，要根据其中规定的相关条款内容，来分别使用剪力法、反谱法等进行抗震的分析工作。同时电气设备还可选用静力设计法、时程分析法等进行计算；二，在最新的《高压开关设备和控制设备的抗震要求》的第七章中，表述出了设计的具体规定，并且在进行数据分析、加速时程数字研究时，要使用相关的RRS模型分析方式、静态系数分析措施^[1]。

三、GIS高压开关设备的震动试验

（一）试验设备

在试验开展过程中，主要进行研究的设备种类是ZF33-126类型的电气设备。同时，要对坐标系的方向进行定义，之后在真实物图上进行标准说明。该设备的总体高度是4.1m，Y方向上的总体长度是4.2m；X方向的总体长度是2.6m，其中的材料多为铝合金。不仅如此，在设备的上端部位还安设了3个陶瓷材质的绝缘出线套筒，总体长度为1.6m，并且其与水平面成为45度向上倾斜。

（二）GIS设备试验安装要点

1.变压器

变压器作为变电站中关键的组成部分，主要负责配电方面的关键任务。在试验开展前变压器安装是关键的环节，为此要对其加大注意力，并在过程中能够严格依照施工规范内容来进行，并在建设完成后还要对检测工作进行完善，根据规范、科学的措施，来进行变压器的安装、调试。与此同时，变压器中的油压、电气、在线监测系统安装结束之后，还要对其进行调试、检测，以此来保障试验过程中设备的正常运行，不仅如此，在实验进行前，还要让设备空载运行一天，才能够投入测验中，从而提高结果的精准程度。

2.母线安装

变电站基础结构母线是保障互感器、电资源运输等方面的关键结构。在试验前进行的安装工作中，要对设备进行细致检查，在保障没有问题之后，再正式编写安装计划、制定紧急措施，以此防止在试验过程中遭遇客观因素对其产生的影响，例如：在较为恶劣的天气中，母线安装会因为绝缘、摆动而对具体效果产生影响。为此，要制定出相应的措施，来保障试验的正常运行。一，在安装的过程中要注重绝缘控制，严格依据标准要求来进行外接触面的包装工作；在试验前进行母线安装时，需要确保精准的档距、分析金具的长度、误差数值，从而让导线与母线弧度一致。

3.断路器安装

断路器在变电站的系统中，主要发挥出跳合闸电路、隔离故障的关键作用，能够对系统整体产生良好的保护效果。试验过程中在断路器安装时，要注重对其的保护，查看绝缘、外观等位置是否存在破损、裂缝等情况，让其在进行前不会存在质量问题，不仅如此，还要注重对产品性能的检查工作，其中主要涉及了指示灯，与真实运行状况中的各路信号。

（三）测点布置

振动台表面进行布置的过程中，需要在其中增加传感器设备，以此来得获得被侧位置底部的真实信息输入；550kVGIS电气设备在运行过程中较为容易受到破坏的是套筒根部、法兰连接位置，为此，便要在以上两处安设加速度传感器，来接收相应的数据内容；在面对容易出现位移，以及会产生严重形变、应力相对较大的设备外壳，与套管最上方的位置中，安设相应的加速测点设备。不仅如此，还要在套管的根部安设应变片设施，以此来对其具体情况进行测试。

（四）震波合成

在进行钢结构地震分析的过程中，主要存在以下几种方式，分别是：精力法、反应谱、时程分析等方式。时程分析在使用的过程中，主要针对结构、力学模型，来直接地输入真实地震记录、人工制造的震波数据，之后从相应设计理论上，来让等效应力模式转变成直接动力形式。具体措施是在试验设计中，对整体时间历程内结构在任意阶段中对震动产生的反应情况。同时，依据时程分析方式的使用，还能对结构中弹塑性的动力情况进行细致分析，这不仅弥补了反应谱措施在现实应用中的不足，还在促使震动反映分析方式的质量得到大程度跃进。作为生命线重要工程之一，电力系统内部高压电气设备的功能特殊，并且还非常关键，依据对时程分析措施研究结构的震动反应，可以让其与真实地震灾害的情况更加符合。由此能够分析出，面对时程分析方式时，科学合理的选择地震波才最为关键

^[2]。

（五）结构分析

1.动力特性

通过使用半功率的措施能够求解出结构的阻尼情况；结构设备自振动频率可以通过相关的响应信息、输入信号传递函数的具体内容来进行求解。主要是结构在遇到简谐振动的干扰情况时，其所产生的稳定响应信息，与干扰之间的比例数值。

2.加速时程分析

在试验进行的过程中，通过对550kVGLS隔离开关设备进行了测试，了解到其在人工震动、EI-centro地震波中，各个测点位置中的速度时程曲线内容。同时，还知晓了电气设备在地震中的关键位置测点，以及在震动过程中其在X、Y两个方向上的加速度、反应峰值、放大系数的具体内容。不仅如此，还有在对X、Y两个方向上进行单向地震波输入过程中，一部分测点所产生的加速度时程曲线信息。

3.位移时程分析

随着振动幅度的不断增加，设备中各个位置产生的位移数值增加；在相同地震波的情况，套管上方的位移数值内容，超过了设备在外壳顶部的移动信息。与此同时，在输入的幅度数值、波形保持相同的情况下，设备在X向激励下产生的形变超过Y向，这表明前者的动力放大效应会更加明显。

4.应变时程响应

从大量真实地震灾害的情况中，能够分析到，隔离开关等相关设备在地震中的破坏多为电瓷瓶中部、根部截面位置，产生该情况的关键原因是应力数值过大，使得其出现断裂，从而失去了本身的效用。特别是在瓷瓶、法兰连接的区域中。为此，在进行550kVGIS设备抗震性能的研究中，要重点关注的便是套管根部，其中的应变、应力，是对其抗震性能进行验证的关键措施。

总结：综上所述，为能够保障电力系统的安全、稳定运行，便要提升各方面的性能，其中最为关键的便是抗震动，在地震中其一旦遭受破坏，不仅会让相应企业造成严重经济损失，还会威胁到人民的生命安全。通过对550kVGIS高压电气设备抗震设计理论、高压开关设备的震动试验进行细致分析，能够了解到试验过程中不仅要对客观因素进行重点关注，还要注重自身的主观因素，以此来保障数据结构的准确程度，从而促进行业的快速发展。

参考文献：

[1]马志强,赵艳涛,张路阳.GIS用热伸缩波纹管参数设计研究[J].河南科技,2021,40(04):70-72.

[2]刘分,刘刚,秦晓宇,等.等效热路在共箱隔离开关温升计算中的运用[J].高压电器,2020,56(08):211-216.