GIS复合套管地震模拟振动台试验研究及其有限元仿真分析

doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.02.013

湖南电力 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (2): 95-103.doi: 10.3969/j.issn.1008-0198.2025.02.013

GIS复合套管地震模拟振动台试验研究及其有限元仿真分析

陈宇¹, 高洋², 刘东阳², 刘耘彤², 许猛¹

1.辽宁高压电器产品质量检测有限公司,辽宁沈阳 110025;
2.新东北电气集团高压开关有限公司,辽宁沈阳 110025

收稿日期:2024-12-31 修回日期:2025-02-07 发布日期:2025-04-30
通信作者: 陈宇(1989),男,硕士,工程师,主要从事高压开关设备的结构优化设计及多物理仿真分析工作。

Study on Seismic Simulation Shaking Table Test for GIS Composite Bushing and Its Finite Element Analysis

CHEN Yu¹, GAO Yang², LIU Dongyang², LIU Yuntong², XU Meng¹

1. Liaoning High Voltage Electrical Products Quality Testing Co., Ltd., Shenyang 110025, China;
2. New Northeast Electric Group High Voltage Switchgear Co., Ltd., Shenyang 110025, China

Received:2024-12-31 Revised:2025-02-07 Published:2025-04-30

摘要/Abstract

摘要： 针对550 kV GIS用复合套管的抗震性能问题,对样机结构进行地震模拟振动台试验,并进行有限元仿真分析。利用振动台测试样机的动力特性和在不同工况人工地震波作用下的响应特性。试验结果表明,人工地震波作用下该样机结构的动力放大作用显著,空心复合绝缘子根部应力集中明显,是结构中的薄弱环节。采用有限元分析软件对样机结构有限元模型进行模态分析和地震时程分析,分析结果表明,有限元仿真结果与振动台测试数据高度一致,从而验证了有限元模型的精确度和合理性。此外,进一步探讨地震作用下支架刚度对样机上部结构的影响,结果表明,随着支架刚度的增大,样机顶部加速度先减小、后增大、再减小,而顶部位移与复合绝缘子根部应变均先增大后减小。

关键词: GIS复合套管, 抗震性能, 振动台试验, 有限元仿真分析, 支架刚度

Abstract: : Aiming at the seismic performance of a 550 kV GIS composite bushing, the shaking table test and its finite element simulation analysis are conducted on its prototype structure. The shaking table is used to test the dynamic characteristics of the prototype and the response characteristics under the action of artificial seismic wave in different working conditions. The test results show that the dynamic amplification of the prototype structure under the action of artificial seismic wave is significant and the stress concentration at the root of the hollow composite insulator is obvious, which is the weak link in the structure. The finite element analysis software is used to carry out modal analysis and seismic time course analysis on the finite element model of the prototype structure. The analysis results show that the finite element simulation results are highly consistent with the test data of the shaking table, which verifies the accuracy and rationality of the finite element model. In addition, the effects of the support stiffness on the prototype upper structure under the seismic action are further explored. The results show that, with the increase in support stiffness, the acceleration at the top of the prototype first decreases, then increases, and finally decreases, while both the displacement at the top and the strain at the root of the composite insulator first increase and then decrease.

Key words: GIS composite bushing, seismic performance, shaking table test, finite element simulation analysis, support stiffness

中图分类号:

TM855

陈宇, 高洋, 刘东阳, 刘耘彤, 许猛. GIS复合套管地震模拟振动台试验研究及其有限元仿真分析[J]. 湖南电力, 2025, 45(2): 95-103.

CHEN Yu, GAO Yang, LIU Dongyang, LIU Yuntong, XU Meng. Study on Seismic Simulation Shaking Table Test for GIS Composite Bushing and Its Finite Element Analysis[J]. Hunan Electric Power, 2025, 45(2): 95-103.

参考文献

[1] 李吉超,尚庆学,罗清宇,等.电气设备抗震性能对变电站系统功能的影响分析[J].地震工程与工程振动,2023,43(3):15-22.
[2] 谢强,梁黄斌,刘潇,等.变电站系统抗震韧性研究现状与展望[J].高压电器,2022,58(8):1-14.
[3] 曹永兴,邓鹤鸣,蔡炜,等. 电力设施应对地震及其次生灾害的研究进展[J]. 高电压技术,2019,45(6):1962-1974.
[4] 于文,葛学礼,朱立新. 电力系统震害分析和抗震防灾对策[J]. 工业建筑,2016,46(6):12-15.
[5] 刘建秋,王亚超,韩文庆. 变电站震害分析与抗震措施的研究综述[J]. 电力建设,2011,32(7):44-50.
[6] 程永锋,朱全军,卢智成. 变电站电力设施抗震措施研究现状与发展趋势[J]. 电网技术,2008,32(22):84-89.
[7] ZAREEI S A,HOSSEINI M,GHAFORY-ASHTIANY M.The role of equipment in seismic risk of power substations[J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Energy,2017,170(4):150-162.
[8] KWASINSKI A,EIDINGER J,TANG A,et al.Performance of electric power systems in the 2010—2011 Christchurch,New Zealand,earthquake sequence[J]. Earthquake Spectra,2014,30(1):205-230.
[9] 尤红兵,赵凤新. 芦山7.0级地震及电力设施破坏原因分析[J]. 电力建设,2013,34(8):100-104.
[10] 于永清,李光范,李鹏,等. 四川电网汶川地震电力设施受灾调研分析[J]. 电网技术,2008,32(11):5-10.
[11] QIANG X,RUIYUAN Z.Damage to electric power grid infrastructure caused by natural disasters in China[J]. IEEE Power and Energy Magazine,2011,9(2):28-36.
[12] GOODNO B J,GOULD N C, CALDWELL P, et al.Effects of the January 2010 Haitian earthquake on selected electrical equipment[J]. Earthquake Spectra,2011,27(1):251-276.
[13] 杨春侠,赵晓宇,揭双全,等.大型电气设备瓷套管地震易损性分析[J]. 世界地震工程,2022,38(1):167-174.
[14] 梁黄彬,谢强,何畅,等. ±800 kV特高压直流穿墙套管的地震易损性分析[J]. 地震工程与工程振动,2020,40(2):91-100.
[15] 李圣,卢智成,朱祝兵,等. 变电站复合材料绝缘子的动力特性与地震易损性研究[J]. 工程力学,2016,33(4):91-97.
[16] 孙宇晗,程永锋,王晓宁,等. 1 100 kV气体绝缘封闭开关复合外绝缘套管地震模拟振动台试验研究[J]. 中国电机工程学报,2018,38(7):2179-2187,2233.
[17] 谢强,马国梁,何畅,等. 1 100 kV气体绝缘开关设备瓷套管抗震性能振动台试验研究[J]. 高电压技术,2016,42(8):2596-2604.
[18] 何畅,谢强,杨振宇. 1 100 kV特高压气体绝缘开关套管-支架体系抗震性能加固试验研究[J]. 电网技术,2018,42(6):2016-2022.
[19] 石高扬,唐程,梁黄彬,等.特高压GIS复合套管地震模拟振动台试验研究[J]. 电磁避雷器,2021(2):116-122.
[20] 石高扬,谢强.特高压GIS套管内绝缘失效地震易损性分析[J/OL].工程力学:1-10.(2024-04-02)[2024-05-16].https://link.cnki.net/urlid/11.2595.O.20240401.1527.004.
[21] 何紫薇,朱阳,何畅.不同材料对特高压GIS套管抗震性能的影响研究[J]. 高压电器,2022,58(8):15-22.
[22] 沈丰慧. GIS复合套管应力特性与绝缘性能综合影响的研究[D]. 沈阳:沈阳工业大学,2015.
[23] 刘伟,刘传会,王海丽,等.高海拔地区水平安装的550 kV套管抗震性能研究[J].河北电力技术,2023,42(4):56-61.
[24] 陈宇,高洋,沈丰慧,等. 罐式断路器抗震性能仿真分析及优化设计[J]. 湖南电力,2024,44(3):120-125.
[25] 樊庆玲,陈晨,宋景博,等. 户内变电站楼面GIS电气设备地震响应分析[J]. 高压电器,2020,56(9):240-245,252.
[26] 夏拓,王蕾,何荣涛,等. 110 kV GIS抗震仿真分析[J]. 厦门理工学院学报,2015,23(5):35-40.
[27] 中国电机工程学会. 1 000 kV变电站抗震设计规范:T/CSEE 0010—2016[S].北京:中国电力出版社,2016.
[28] 国家电网有限公司. 特高压瓷绝缘电气设备抗震设计及减震装置安装与维护技术规程:Q/GDW 11132—2013[S].北京:中国电力出版社,2013.
[29] 李彬彬,张拓,刘博,等. 110 kV电容器组地震模拟振动台试验及有限元分析[J]. 高压电器,2022,58(8):150-159,167.
[30] 黎斌. SF6高压电器设计:第5版[M]. 北京:机械工业出版社,2019.

GIS复合套管地震模拟振动台试验研究及其有限元仿真分析

Study on Seismic Simulation Shaking Table Test for GIS Composite Bushing and Its Finite Element Analysis

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 1

编辑推荐

Metrics

本文评价