[发明专利]变电站软母线连接设备的抗震保险连接装置

说明书

技术领域

本发明属于安全变电设备技术领域，具体涉及一种具有抗震性能的软母线设备连接装置。

背景技术

为了满足电力要求，变电站的各种设备之间通常通过母线来连接。母线分为软母线和硬母线两种形式。硬母线一般由铝管组成，硬母线的一端通过允许一定变形的伸缩节和设备相连接，硬母线另一端与设备的连接是通过硬母线穿过固定于设备顶部的两个带孔的夹具实现。虽然伸缩节最初的目的是为了适应温度变形，但在地震作用下它可以允许设备间一定的相对位移，并能够吸收耗散地震能量。硬母线连接中的这种伸缩节有多种形式，有依据摩擦滑动耗能的，有通过伸缩节的变形来耗能的。软母线一般由钢芯铝绞线组成，它本身的截面尺寸较小，很容易发生弯曲压缩变形，在两侧的设备压缩软母线时，设备受到的由母线引起的附加力比较小；但是软母线在被拉直时，很小的拉伸变形会产生很大的拉力，这种大的拉力对于两侧的设备可能会产生非常不利的影响，特别是当软母线的这种张力与设备自身受到的地震力方向一致的时候。汶川地震震害调查发现：许多设备的破坏是由于连接设备的母线对设备的牵拉作用所造成的。软母线与设备的连接是通过在设备顶部伸出一小段的接线板，用铜铝过渡设备线夹将软母线端部采用螺纹或液压的方式夹住，然后通过过渡铜板将设备连接板和铜铝过渡设备线夹采用螺栓连接方式连接起来。

对于硬母线所连接的设备体系，1999年加利福尼亚大学伯克利分校的Kiureghian等研究了硬母线连接设备间的相互作用，变电站电气设备被建模为线性的质量分布均匀的单自由度体系，硬母线被采用线性的质量弹簧阻尼单元来模拟，通过以上的简化来进行分析，缺点在于没有考虑伸缩节的影响，因此是一种不准确的分析方法。他们在进一步的研究中包括了这种伸缩节的影响，并采用不同的理论模型来描述不同伸缩节的滞回性能，这些伸缩节包括摩擦滑块伸缩节，对称U型伸缩节，不对称的U型伸缩节、S型伸缩节等，通过地震作用下的硬母线连接设备体系的时程分析以及与单体设备体系的响应分析，得出了这种伸缩节的存在降低了设备间的相互作用，并对比分析了不同伸缩节的抗震性能。另外，也有学者针对硬母线连接设备体系做了振动台的试验研究，1999年加利福尼亚大学圣地亚哥分校的Andre Filiatrault等所进行的试验包括：采用S型伸缩节、刚性摩擦滑块伸缩节、PG&E公司提供的SEFCOR伸缩节连接的硬母线的准静态试验，用三种不同伸缩节的硬母线连接的五对一般电气设备的振动台试验。试验中三种伸缩节都显示了稳定的滞回性，具有不同的耗能能力，S型伸缩节通过屈服耗散能量，它在连接件中产生的力最大，对相互连接的电气设备的动力相应产生了增大的作用，摩擦滑块通过摩擦来耗散能量，阻尼比较大，它的阻尼很大程度上降低了相互连接的设备的动力响应。最后，采用SEFCOR伸缩节的硬母线产生的力最小，然而，它的阻尼使得设备的动力响应要比摩擦滑块时的要大。总之，通过这些不同形式的伸缩节，硬母线连接设备体系的地震响应并没有比单体设备时增大很多，很多时候由于伸缩节的耗能性质降低了设备的地震响应。通过改进伸缩节的性能，这种连接方式的抗震性能可以是比较好的。

对于软母线所连接的设备体系，1999年加利福尼亚大学伯克利分校的Kiureghian等分析了软母线连接设备间的相互作用，设备仍然是被简化为单自由度体系，采用可以伸长的弯曲刚度可以忽略不计的索来代表柔性母线，通过Newmark等数值方法求解地震作用下软母线连接设备体系的地震响应，缺点在于没有考虑软母线的惯性作用和弯曲刚度。2000年Kiureghian，Sackman等在对软母线连接变电站设备的相互作用的进一步研究中，采用有限元模型进行分析，用梁单元模拟软母线，采用拉格朗日公式来说明柔性母线的大位移。由此得到的结果和先前试验研究结果吻合较好。考虑了柔性母线的弯曲刚度和惯性作用对相互作用的影响，且发现柔性母线的弯曲刚度和惯性作用可以导致母线内力的很大程度的增大，柔性母线弯曲刚度，惯性和阻尼对相互作用的影响不是很明显。他们提出了最小软母线长度以降低这种相互作用的影响。2004年Andre Filiatrault等通过试验研究了柔性母线连接的电气设备之间的动力相互作用，振动台试验涉及五对用三种不同柔性导线连接的一般的变电站电气设备，其中采用三种不同的导线松弛度。在所进行的振动台试验中有两种不同的动力反应，第一种是相互连接的设备间的较弱的相互作用，原因是导线松弛度很大或者地面运动强度较低。第二种动力反应是设备间的较强的相互作用，原因是松弛度较小或者地面运动强度较低，在这种情况下导线跨中观察到很大的竖向加速度。