ZJN□—1120型閥廳接地開關(guān)抗震仿真分析

趙維全 侯晶 時(shí)彥文

摘要：ZJN□-1120型閥廳接地開關(guān)用于±1100 kV直流換流站閥廳內(nèi)，是特高壓直流輸電工程中重要電氣設(shè)備。文章介紹了該型號閥廳接地開關(guān)抗震仿真分析。

關(guān)鍵詞：閥廳接地開關(guān)；ZJN□-1120；抗震仿真分析

1 直流輸電發(fā)展背景

發(fā)展特高壓直流輸電是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，電力消費(fèi)保持高速增長，負(fù)荷中心與能源中心分布不均衡的需要；是電力工業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢；是我國開發(fā)西部水電、煤電，實(shí)現(xiàn)電力的水火互濟(jì)、南北互供，跨流域補(bǔ)償目標(biāo)的重要方法。同時(shí)，直流輸電也是提高大電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的有效方法[1]。作為直流輸電工程換流站的主要設(shè)備，直流隔離開關(guān)的自主研發(fā)，將有力地支持國內(nèi)電力發(fā)展的需要，為打破國外公司對直流輸電設(shè)備的技術(shù)壟斷，降低電力建設(shè)的成本，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性有重要意義。

本文詳細(xì)介紹了ZJN□-1120型閥廳接地開關(guān)抗震仿真分析。

2 概述

2.1 結(jié)構(gòu)信息

ZJN□-1120/J25型閥廳接地開關(guān)由底座、支撐桿、垂直連桿、導(dǎo)電桿、操動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，部件尺寸如表1所示。

2.2 負(fù)載

儀器負(fù)載的重量為其自身重量。

2.3 使用的地震響應(yīng)譜

水平方向地面加速度：AG5：ZPA=5 m/s2（0.5 g），阻尼比取2%。DASAPW計(jì)算地震響應(yīng)譜時(shí)的輸出如表2—3所示。

3產(chǎn)品數(shù)據(jù)

3.1 總尺寸及重量

合閘尺寸：14.06 m×1.06 m×14.065 m，合閘重心高6.6 m。

分閘尺寸：0.628 m×1.06 m×14.16 m，分閘重心高5.6 m。總重量692 kg。

3.2 固有頻率

計(jì)算出最高階固有頻率合閘為50.96 Hz，分閘為58.21 Hz，大于GB/T 13540—2009， IEC62271—2：2003規(guī)定的35 Hz要求。

3.3 阻尼比

阻尼取2%。

3.4 固定處情況

底座、操動(dòng)機(jī)構(gòu)與墻面固定。

3.5材料特性

ZJN□-1120型閥廳接地開關(guān)各種材料機(jī)械性能常數(shù)如表4所示。

4 分析方法

4.1 分析方法

按照GB/T 13540—2009， IEC62271—2：2003要求的響應(yīng)譜（Required Response Spectrum，RRS），水平方向地面加速度：AG5：ZPA=5 m/s2（0.5 g），分別使用X+Z向和Y+Z向兩種情況進(jìn)行響應(yīng)譜分析（見圖1一2），各階振型地震響應(yīng)的疊加按平方求和的平方根，地震應(yīng)力與靜載荷應(yīng)力按絕對值組合[3]。

4.2 使用的軟件

抗震分析專用軟件DASAPW。

4.3 對產(chǎn)品和支撐結(jié)構(gòu)建模型時(shí)所做的假設(shè)

底座、折臂、操動(dòng)機(jī)構(gòu)等使用了位移3次插值的高精度的“DKT”三角形殼單元進(jìn)行實(shí)體模擬，垂直連桿、導(dǎo)電桿、支撐桿、連桿等使用了六自由度的三維梁單元模擬。梁單元與殼單元的連接使用了剛平面假設(shè)的位移約束方程方法模擬實(shí)際情況[4]。

邊界條件：底座、操動(dòng)機(jī)構(gòu)與墻面接觸的結(jié)點(diǎn)按固定處理。

5 結(jié)果

5.1 安全系數(shù)

對ZJN□-1120/J25型閥廳接地開關(guān)按照GB/T13540—2009的AG5（0.5 g），IEC62271—2：2003的AF5（0.5 g）標(biāo)準(zhǔn)的要求，使用X+Z向和Y+Z向地震響應(yīng)譜，地面水平方向加速度取0.5 g，豎直方向加速度取0.25 g，結(jié)構(gòu)阻尼比按2%計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，無論使用哪種校核，結(jié)構(gòu)各部件破壞應(yīng)力安全系數(shù)都大于1.67，結(jié)構(gòu)各部件許用應(yīng)力安全系數(shù)都大于1。

5.2 基礎(chǔ)地震負(fù)載

A：X+Z向地震：結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)的合力（絕對加速度引起的力）如下。

FX=3691.7 N， FZ=1 976.1 N， FZ（/F用點(diǎn)坐標(biāo)X=1.32 m彎矩MY=FZ×X=2.61 kNm。

B：Y+Z向地震：FY=4 422.5 N， FZ=1 976.1 N， FY作用點(diǎn)坐標(biāo)X=2.28 m，彎矩MZ=FY×X=1O.1 kNm。

6 結(jié)語

ZJN□-1120/J25型閥廳接地開關(guān)已經(jīng)根據(jù)GB/T 13540一2009， IEC62271—2：2003通過了抗震計(jì)算分析，在零周期加速度為0.5 g時(shí)具有下列安全系數(shù)：使用破壞應(yīng)力最小安全系數(shù)3.94（Q235），使用許用應(yīng)力最小安全系數(shù)2.01（Q235），滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐國政，張節(jié)容，錢家驪，等.高壓斷路器原理和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[2]張節(jié)容，錢家驪，王伯翰，等.高壓電器原理和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1989.

[3]朱增文，劉彥明，劉利平.不同品種的鋁及鋁合金材料在高壓隔離開關(guān)上的具體應(yīng)用[J].高壓電器，2010（2）：63-66.

[4]沈鴻.電氣工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.