[发明专利]一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器

说明书

本发明公开了一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器，属于特高压电工技术领域。利用特高压复合套管的结构特点，提出在套管顶部设置球形集油盒装置。通过对球形集油盒半径和球形集油盒内变压器油高度的优化设计，得到球形调谐液体阻尼器。根据球形集油盒内液体的晃荡特性进一步确定注入球形集油盒内的变压器油的高度；利用球形集油盒内液体晃荡一阶频率f₁的表达式确定球形集油盒的半径r。该阻尼器中变压器油的晃荡特性不受放置角度的影响，可适用于不同矗立角度的特高压复合套管的减震。

技术领域

本发明属于特高压电工技术领域，特别是涉及特高压电气设备振动控制技术，具体为一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器。

背景技术

特高压复合套管是我国特高压电网中的一种重要元件。其起着连接变压器本体和外来导电的作用。复合套管与传统的瓷套管相比，具有憎水性好、体积小、质量轻等特点。套管结构通常直接固定于变压器顶板或变压器突出的升高座上。套管作为一种类似于悬臂梁的长悬臂结构，在地震作用下，极易发生破坏。一般来说，特高压复合套管顶部的集油盒内的变压器油会降低结构的基频，而且会增加结构的低阶频率，这对于特高压复合套管的抗震是不利的。

目前，针对套管结构的减震措施主要有以下几种：1、通过增加变压器顶板的刚度，来减小顶板变形对套管根部输入的影响。2、在升高座和变压器箱体之间增加斜向支撑，以减小升高座对输入荷载的放大作用。3、在变压器底部设置摩擦摆系统，或者在套管根部增设隔离式高阻尼橡胶支座或钢丝绳隔振器，通过套管根部的阻尼器耗能来减少传递到套管的能量。其中，1和2的减震措施主要是通过增加套管根部的刚度来减小变压器本体结构对外荷载的放大作用。但套管根部的刚性约束会进一步增加套管根部的应力，同时也会增加设备的造价。第3种减震措施则会明显的增加套管顶部的位移，如果套管顶部位移过大，则会通过导线对相邻设备产生影响，不利于整个变电设备的安全运行。

发明内容

为了克服上述减震措施的不足，本发明提出了一种减小套管结构动力响应的球形调谐液体阻尼器。该阻尼器充分利用特高压复合套管的结构特点，在套管顶部选用球形集油盒代替圆柱形集油盒，使其在满足集油盒功能要求的前提下，通过合理的设计起到减小结构动力响应的目的。通过对球形集油盒半径和球形集油盒内变压器油高度的优化，得到球形调谐液体阻尼器。该阻尼器内变压器油的晃荡特性不受复合套管倾斜角度的影响，能够更好的适用于各种安装条件。该球形调谐液体阻尼器充分利用了液体运动迟滞性所产生的阻碍结构运动的作用力和集油盒内液体的晃荡来消耗结构的能量。

本发明的技术方案：

一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器，利用特高压复合套管的结构特点，提出在套管顶部设置球形集油盒；通过对球形集油盒半径和球形集油盒内变压器油高度的优化设计，得到球形调谐液体阻尼器；

由球形集油盒内液体晃荡的动力特性知，当特高压复合套管结构顶部的球形集油盒内有一半液体时，液体晃荡对容器壁产生的水平作用力最大，确定特高压复合套管结构顶部的球形集油盒内注入一半的变压器油；

利用球形集油盒内液体晃荡一阶频率f₁的表达式确定球形集油盒的半径r；

球形集油盒内液体晃荡一阶频率f₁的表达式为：

其中

β₁＝12.1x⁵-24.2x⁴+18.7x³-6.22x²+1.27x+0.975 (2)

式中，r为球形集油盒半径，x＝h/D为球形集油盒内液深比，h为球形集油盒内液深，D为球形集油盒直径，g＝9.8m/s²为重力加速度；