仿真变压器套管体系振动台试验研究

变压器是变电系统中的核心设备,在历次地震中的损坏极其严重,其中瓷质套管根部断裂是其典型破坏特征。采用仿真变压器-套管体系进行振动台试验研究,通过白噪声扫频和抗震试验,测定箱体和套管关键部位的位移、应变和加速度,从而分析升高座结构型式和套管法兰对套管响应的影响。结果表明,箱体侧壁(顶盖)的面外变形和套管法兰的转动引起了套管的整体摆动,从而导致套管响应放大;套管根部加速度响应的放大系数比规范中指定参数偏大。

变压器-套管体系地震响应的简化计算

地震响应不仅会加大变压器-套管体系的整体摆动,还会引起很大的顶部位移,这些因素均有可能造成套管的断裂破坏。为了合理反映地震作用下变压器-套管体系的振动机理和套管与变压器箱体之间的动力相互作用,快速而可靠的求出套管地震响应,基于振动台试验和有限元分析结果,通过将上部瓷质套管与根部法兰的连接以及箱壁面外刚度对升高座的约束作用等效为转动弹簧,建立了变压器-套管体系的带转动弹簧的3自由度简化模型,根据简化模型针对两处等效弹簧的转动刚度进行参数化分析,研究了弹簧刚度对套管响应的影响。结果表明:简化计算的地震响应和振动台试验实测数据基本吻合,验证了简化模型的有效性。研究结果为变压器结构的初步设计提供参考。

大型变压器-套管体系基底隔震及其经济效用分析

变压器套管是变电站中的地震易损部件。为了研究基底隔震应用于变压器-套管体系的效率与经济性,首先对一个变压器-套管体系采用自行设计的复摩擦摆(friction pendulum,FP)支座进行了基底隔震与未隔震相对比的地震模拟振动台试验。而后,在经济效用分析中,以一个±200kV和一个±800kV换流变压器为对象,基于试验隔震效果以及换流变套管地震易损性分析,计算了一次地震后的预期修复费用。研究结果表明:与未隔震体系相比,采用复摩擦摆隔震后套管的应变响应下降约50%,且位移响应没有被放大;隔震体系费用最低可至未隔震体系的10%左右。两方面分析结果表明,在高地震烈度地区,对大型变压器-套管体系采用基底隔震兼具隔震效率与经济性,值得进一步推广应用。

变压器-套管体系振动台试验与数值模拟对比研究

以变压器-套管体系振动台试验模型作为参照对象,建立了基于ANSYS有限元软件的精细化模型,模拟了典型工况下的振动台试验,将模拟结果与试验结果进行了对比研究,分析了模拟结果的相对偏差。

220 kV变压器‑套管体系抗震性能的数值模拟分析

为了进行高压变压器-套管体系抗震性能的数值模拟分析,并进行高压变压器-套管体系地震动模拟振动台试验方案的初步设计,针对OSSZ11-240000/220型变压器,采用ABAQUS软件建立了变压器-套管体系的有限元分析模型,模拟了其自振特性和关键部位地震响应。在模拟结果的基础上,分析了变压器油箱顶板刚度对套管抗震性能的影响、套管根部的动力放大系数、以及套管地震响应的特点等。结果表明:①变压器油箱顶板刚度较低会降低套管的自振频率,放大其地震响应,同时,油箱顶板上多个套管间的动力相互作用会改变其地震响应;②高压套管根部的动力放大系数最高达5.17,远大于规范推荐值;③缩尺模型与原模型模态和动力分析结果的对比验证了缩尺模型的合理性。建立的有限元方法可用于高压变压器—套管体系抗震性能的数值仿真分析、以及制定高压变压器—套管体系地震动模拟振动台试验的初步方案。

带有滑动摩擦摆支座的500 kV变压器地震响应

500kV变压器在强震作用下具有较高的易损性。该文基于双线性滞回曲线,提出用弹簧–摩擦耦合模型对滑动摩擦摆支座进行简化,建立了500kV变压器及滑动摩擦摆支座的有限元数值仿真模型,计算并对比了隔震前后变压器的地震响应。结果表明:隔震前的变压器中,瓷质高压套管根部有发生破坏的风险;弹簧–摩擦耦合模型与滑动摩擦摆支座的力学性质等效,可作为一种简化模型用于支座的数值模拟;滑动摩擦摆支座具有典型的非线性特征,安装隔震支座后,变压器的地震响应不再随峰值地面加速度的变化而线性变化;滑动摩擦摆支座的隔震效率随峰值地面加速度的增加而提高。滑动摩擦摆支座能在地震中大幅度降低500kV变压器地震响应,避免瓷质套管的破坏,并且可以适用于高烈度地区的减隔震工程。