[发明专利]一种用于瓷柱型电气设备减震的混合控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及减震技术领域，尤其涉及一种用于瓷柱型电气设备减震的基于隔震原理和多重调谐质量阻尼器原理的混合控制装置。

背景技术

地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类的生命和财产安全。瓷柱型电气设备在电力系统中应用得非常广泛，且随着电力工业的发展，输变电设备的等级越来越高，高压电气设备尤其是超高压直流输变电设备越来越和细柔，顶部质量越来越大，对其抗震性能的要求更高。国内外的历次强震中瓷柱型电气设备震害均非常严重，确保瓷柱型电气设备在地震作用下正常工作对保障电力系统安全运行至关重要。

瓷柱型电气设备地震中的损坏形式主要是绝缘子端部拉断和漏油。针对这一情况问题，国内外很多学者采取了不同的措施来提高其抗震性能。有的通过拉线加固等措施来提高侧向刚度，有的在下部支架处设置金属阻尼器来耗散地震能量，亦有采用基底隔震技术将地震动输入与电气设备隔离的；但上述装置在实际使用中仍然存在很多问题，减震效果不理想，有待进一步地改进。

下面具体分析本发明与传统瓷柱型电气设备减震方法比较的优点。现有方法主要有拉线式减震方法、金属阻尼器减震方法、基底隔震技术减震方法、绝缘全封闭式组合电器配电装置减震方法、多重环式调谐质量阻尼器减震装置。

(1)拉线式减震方法：本方法为静力加固法。通过增加多余约束来提高设备抵抗水平地震力的能力。本方法原理简单清晰，但这种加固方式在地震中容易在拉杆或拉线固定部位发生损坏，形成新的薄弱环节，同时因为拉线的安装方式和电气绝缘的要求，本方法对空间要求大。

(2)铅合金减震器减震方法：通过安装铅合金阻尼减震器，改变设备的频率、增加设备的阻尼，降低设备的地震反应。目前该方法在国内已有一些应用，张雪松在文章《安装新型铅减震器的220kV断路器振动台试验》给出了这种减震器的振动台试验结果，结果表明新型铅合金减震器可以降低断路器顶部的加速度和位移，底部瓷套管最大应变可以减少50％以上。但该方法对于长周期成分丰富的地震动以及含速度脉冲的近场地震动这两类特殊地震动的减震效果相对较弱。

(3)全封闭式组合电器配电装置(GIS)减震方法:与常规配电装置不同，GIS将断路器、隔离开关、快速或慢速接地开关、电流互感器、避雷器、母线等元件通过封闭式组合，加装在一个充满一定压力的SF6气体的仓内，电气绝缘可依靠仓内SF6气体保证，SF6气体同时也起灭弧介质的作用。本方法的优越性很多，占地面积小，设备布置重心低，在国内外也应用的越来越多。但GIS前期投资大，是分散式元件投资的30-40倍；且GIS组合电器一旦发生故障，后果要比敞开式变电站严重得多；同时，四氟化硫气体的泄露也会造成相应的环境等问题。

(4)基础隔震方法：通过改变设备支撑条件，延长设备的自振周期，避开地震动的卓越周期段，从而降低上部设备在地震动作用下的动力响应，同时还可以通过增加铅芯等措施来耗散能量。本方法在不同领域有大量的应用实例，技术成熟减震效果也很好，但这种方法存在两个缺点，减震的同时会增大上部结构的绝对位移，对长周期成分丰富的地震动减震效果差。

(5)基于调谐质量阻尼器原理的瓷柱型电气设备减震装置：本方法采用调谐质量阻尼器原理，优点是成本低，原理清晰，不像基础隔震一样增加上部位移，可以同时降低上部结构的加速度和位移响应。缺点是对地震动频率成分非常敏感，减震效果随地震动的变化而差异明显，减震装置实际控制频率和理论最优值之间可能存在偏差。

(6)本发明为一种基于基础隔震原理和多重调谐质量阻尼器减震原理的混合控制装置。本发明具有基础隔震技术多重调谐质量阻尼器技术各自的优点，同时，又大大降低了各自的缺点，能够显著降低瓷柱型电气设备地震动作用时的动力响应，且对各种不确定因素均具有良好的鲁棒性。基础隔震可以改变地面传递至设备的地震动的频谱特性，使得传递至上部的频率成分相对集中，增加顶部MTMD减震效果的同时，降低MTMD对地震动成分的敏感程度，同时基础隔震使得上部设备基本振型的振型质量参与比更高，降低顶部MTMD频率失调效应的影响。和基础隔震单独作用相比，MTMD的运用可以降低设备地震动作用时的位移响应，克服基础隔震对长周期成分丰富的地震动减震效果差的缺点。