[发明专利]既有变电站母线设备体系的抗震加固改造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种既有变电站母线连接电气设备的抗震加固改造方法。

背景技术

地震过后，生命线系统的存在对地震后的救灾物资的迅速输送和灾后迅速重建具有重要的意义，其中非常重要的生命线系统是电力分配系统，它几乎分布于每个地方，为住宅，医院，工厂以及其他的机构分配电能。然而近年来的地震中，变电站显示出了它脆弱的抗震性能，电力分配系统抗震的关键结点是变电站设备脆弱的抗震性能。尽管其修复费用只占全部震后重建费用的一小部分，电力系统失效造成的间接损失却是巨大的。

一个典型的变电站包含一整套用母线相互连接的设备，例如：断路器，避雷器，电容器，隔离开关等。由于这些设备不同的特性，在地震作用下会产生不同的水平位移，如果设备间的相对位移较大，且这些设备间的连接柔度不够时，设备间会产生很强的相互作用。震后现场调查表明地震中变电站设备间的相互作用是造成破坏的原因。然而，目前国内关于变电站设备抗震性能的研究主要集中于设备单体的研究。估计母线连接电气设备的地震响应是比较困难的，原因是：1、因为相互作用的存在不能对设备单独进行分析。2、连接件是非线性的。3、地震动本质是随机的，通过几个所选地震动来进行确定性分析可能会得出错误的结论。

为了避免母线与电气设备间不利的动力相互作用，国外学者提出增大母线的松弛度以增大设备间相对位移的容许值。2004年Jean-Bernard Dastous，Andre Filiatrault等通过试验表明，在高的松弛度下，相互连接的设备几乎不受连接的影响。然而在较低的松弛度下，即使在较低的幅值下，设备间也会产生很明显的非线性作用。因此，设备间的导线必须具备足够的松弛度，以阻止因为缺少松弛度而对设备产生影响。

由于电气绝缘的要求，母线与地面、母线与设备间需要满足一定的绝缘距离，所以母线的松弛度不可以任意增大。为了解决该问题，本文提出的改进方法是通过改变电气设备的支座结构形式来将一组设备的频率调整为比较接近，从而减小了设备结构特性的差别和设备间的相对位移，避免了由于电气设备间较大的相对位移引起的设备与母线间的相互作用。

发明内容

为了避免地震作用下软母线与电气设备间不利的相互作用，本发明提出了一种操作方便、价格低廉、效果显著的既有变电站母线连接设备体系的抗震加固改造方法。

地震作用下，不同结构特性的电气设备的位移响应不同。变电站设备在地震作用下的位移主要是设备自振频率的函数，当母线连接的两个设备频率相近时，它们间的相对位移较小，母线与两侧设备间的相互作用较小。因此减小母线连接两侧设备的频率差值，使得地震作用下两侧设备的位移响应较为接近，设备间的相对位移较小，从而可以避免设备与母线间不利的动力相互作用。

本发明提出的既有变电站母线设备体系的抗震加固改造方法，具体步骤如下：

对于变电站中一组采用母线连接的电气设备，电气设备通常由电气设备本体和电气设备下部支座所构成，所述电气设备本体如隔离开关、电流互感器和断路器等，主要用于满足电气功能要求，电气设备下部支座主要用于支撑上部电气设备本体，保证其与地面有一定的绝缘距离。采用人工激励的自由振动法得到一组电气设备中各个电气设备的自振频率，对这些电气设备的自振频率取平均，计算得到中间频率，将电气设备的频率调整至与中间频率差控制在1.5Hz以内；电气设备的频率调整可以通过改变电气设备下部支座的频率来改变电气设备整体的频率。

本发明中，位于各个电气设备下部支座的频率改变方式采用改变支座结构形式、改变支座的截面尺寸大小或者增加斜撑等中任一种，来改变电气设备本体-支座整体的频率。电气设备支座的改变并不影响电气设备的电气功能，且造价相对较低。

本发明中，电气设备整体的频率改变方式采用计算设计电气设备支座的改造方式。

本发明中，减小一组用母线连接的电气设备的频率差别来避免设备与母线间的动力相互作用。

电气设备的自振频率是由各个电气设备支座的自振频率和各个电气设备本体的自振频率综合确定。由于电气设备本体(不包括支座)的动力特性在设备定型生产以后就已经确定，不能改变。而设备-支座系统整体的刚度是由支座的刚度与设备本体的刚度串联得到，支座的刚度越大，则设备-支座系统的整体刚度也越大，反之，支座刚度越小，设备-支座系统的整体刚度也越小。设备支座的质量改变也会影响整个设备-支座系统的频率大小。通过调整电气设备支座的刚度和质量来调整电气设备本体-支座系统的频率，使设备整体频率与中间频率差别在1.5Hz以内。