專利名稱：既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種既有變電站母線連接電氣設(shè)備的抗震加固改造方法。
背景技術(shù)：
地震過后，生命線系統(tǒng)的存在對地震后的救災(zāi)物資的迅速輸送和災(zāi)后迅速重建具 有重要的意義，其中非常重要的生命線系統(tǒng)是電力分配系統(tǒng)，它幾乎分布于每個地方，為住 宅，醫(yī)院，工廠以及其他的機構(gòu)分配電能。然而近年來的地震中，變電站顯示出了它脆弱的 抗震性能，電力分配系統(tǒng)抗震的關(guān)鍵結(jié)點是變電站設(shè)備脆弱的抗震性能。盡管其修復(fù)費用 只占全部震后重建費用的一小部分，電力系統(tǒng)失效造成的間接損失卻是巨大的。一個典型的變電站包含一整套用母線相互連接的設(shè)備，例如斷路器，避雷器，電 容器，隔離開關(guān)等。由于這些設(shè)備不同的特性，在地震作用下會產(chǎn)生不同的水平位移，如果 設(shè)備間的相對位移較大，且這些設(shè)備間的連接 柔度不夠時，設(shè)備間會產(chǎn)生很強的相互作用。 震后現(xiàn)場調(diào)查表明地震中變電站設(shè)備間的相互作用是造成破壞的原因。然而，目前國內(nèi)關(guān) 于變電站設(shè)備抗震性能的研究主要集中于設(shè)備單體的研究。估計母線連接電氣設(shè)備的地震 響應(yīng)是比較困難的，原因是1、因為相互作用的存在不能對設(shè)備單獨進行分析。2、連接件是 非線性的。3、地震動本質(zhì)是隨機的，通過幾個所選地震動來進行確定性分析可能會得出錯 誤的結(jié)論。為了避免母線與電氣設(shè)備間不利的動力相互作用，國外學(xué)者提出增大母線的松弛 度以增大設(shè)備間相對位移的容許值。2004年Jean-Bernard Dastous，Andre Filiatrault 等通過試驗表明，在高的松弛度下，相互連接的設(shè)備幾乎不受連接的影響。然而在較低的松 弛度下，即使在較低的幅值下，設(shè)備間也會產(chǎn)生很明顯的非線性作用。因此，設(shè)備間的導(dǎo)線 必須具備足夠的松弛度，以阻止因為缺少松弛度而對設(shè)備產(chǎn)生影響。由于電氣絕緣的要求，母線與地面、母線與設(shè)備間需要滿足一定的絕緣距離，所以 母線的松弛度不可以任意增大。為了解決該問題，本文提出的改進方法是通過改變電氣設(shè) 備的支座結(jié)構(gòu)形式來將一組設(shè)備的頻率調(diào)整為比較接近，從而減小了設(shè)備結(jié)構(gòu)特性的差別 和設(shè)備間的相對位移，避免了由于電氣設(shè)備間較大的相對位移引起的設(shè)備與母線間的相互 作用。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免地震作用下軟母線與電氣設(shè)備間不利的相互作用，本發(fā)明提出了一種操 作方便、價格低廉、效果顯著的既有變電站母線連接設(shè)備體系的抗震加固改造方法。地震作用下，不同結(jié)構(gòu)特性的電氣設(shè)備的位移響應(yīng)不同。變電站設(shè)備在地震作用 下的位移主要是設(shè)備自振頻率的函數(shù)，當母線連接的兩個設(shè)備頻率相近時，它們間的相對 位移較小，母線與兩側(cè)設(shè)備間的相互作用較小。因此減小母線連接兩側(cè)設(shè)備的頻率差值，使 得地震作用下兩側(cè)設(shè)備的位移響應(yīng)較為接近，設(shè)備間的相對位移較小，從而可以避免設(shè)備 與母線間不利的動力相互作用。
本發(fā)明提出的既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法，具體步驟如下對于變電站中一組采用母線連接的電氣設(shè)備，電氣設(shè)備通常由電氣設(shè)備本體和電氣設(shè)備下部支座所構(gòu)成，所述電氣設(shè)備本體如隔離開關(guān)、電流互感器和斷路器等，主要用于 滿足電氣功能要求，電氣設(shè)備下部支座主要用于支撐上部電氣設(shè)備本體，保證其與地面有 一定的絕緣距離。采用人工激勵的自由振動法得到一組電氣設(shè)備中各個電氣設(shè)備的自振頻 率，對這些電氣設(shè)備的自振頻率取平均，計算得到中間頻率，將電氣設(shè)備的頻率調(diào)整至與中 間頻率差控制在1.5Hz以內(nèi)；電氣設(shè)備的頻率調(diào)整可以通過改變電氣設(shè)備下部支座的頻率 來改變電氣設(shè)備整體的頻率。本發(fā)明中，位于各個電氣設(shè)備下部支座的頻率改變方式采用改變支座結(jié)構(gòu)形式、 改變支座的截面尺寸大小或者增加斜撐等中任一種，來改變電氣設(shè)備本體-支座整體的頻 率。電氣設(shè)備支座的改變并不影響電氣設(shè)備的電氣功能，且造價相對較低。本發(fā)明中，電氣設(shè)備整體的頻率改變方式采用計算設(shè)計電氣設(shè)備支座的改造方 式。本發(fā)明中，減小一組用母線連接的電氣設(shè)備的頻率差別來避免設(shè)備與母線間的動 力相互作用。電氣設(shè)備的自振頻率是由各個電氣設(shè)備支座的自振頻率和各個電氣設(shè)備本體的 自振頻率綜合確定。由于電氣設(shè)備本體(不包括支座)的動力特性在設(shè)備定型生產(chǎn)以后 就已經(jīng)確定，不能改變。而設(shè)備_支座系統(tǒng)整體的剛度是由支座的剛度與設(shè)備本體的剛度 串聯(lián)得到，支座的剛度越大，則設(shè)備_支座系統(tǒng)的整體剛度也越大，反之，支座剛度越小，設(shè) 備_支座系統(tǒng)的整體剛度也越小。設(shè)備支座的質(zhì)量改變也會影響整個設(shè)備_支座系統(tǒng)的頻 率大小。通過調(diào)整電氣設(shè)備支座的剛度和質(zhì)量來調(diào)整電氣設(shè)備本體-支座系統(tǒng)的頻率，使 設(shè)備整體頻率與中間頻率差別在1. 5HZ以內(nèi)。為了使得經(jīng)過支座改造后的設(shè)備整體頻率與中間頻率差別在1. 5Hz以內(nèi)，需要根 據(jù)設(shè)備本體的自振頻率對支座結(jié)構(gòu)進行計算設(shè)計，以保證調(diào)整后的設(shè)備本體_支座系統(tǒng)的 頻率達到目標頻率。為了改變電氣設(shè)備支座的結(jié)構(gòu)形式，有多種方法如將支座由空間角鋼支座改變 為圓環(huán)形鋼柱；可以改變支座的截面尺寸，如改變圓環(huán)形鋼柱的直徑和壁厚；也可以增設(shè) 斜撐的方法來增加支座的剛度等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利的有益效果，是不改變需要滿足電氣功能電氣設(shè)備 本體，對成本相對較低的設(shè)備支座進行簡單的結(jié)構(gòu)改造，來調(diào)整設(shè)備_支座系統(tǒng)的頻率，使 得一組母線連接的設(shè)備體系中設(shè)備間的頻率較為接近，相對位移較小，從而避免了由于設(shè) 備間相對位移較大引起的動力相互作用。本發(fā)明便于施工，可操作性強，價格低廉；電氣設(shè) 備支座的費用占整個設(shè)備造價的很小的一部分，經(jīng)濟實惠；通過改變電氣設(shè)備支座的頻率 可以有效的改變整個設(shè)備-支座系統(tǒng)的頻率，效果顯著。


圖1為常見的變電站母線連接設(shè)備結(jié)構(gòu)圖示。圖2為設(shè)備的支座結(jié)構(gòu)圖示。圖3為調(diào)整改造后的設(shè)備的支座結(jié)構(gòu)圖示。
圖4為調(diào)整后的變電站母線連接設(shè)備結(jié)構(gòu)圖示。圖中標號1為隔離開關(guān)，2為軟母線，3為電流互感器，4為斷路器，5為隔離開關(guān) 原支座，6為電流互感器原支座，7為斷路器原支座，8為隔離開關(guān)改造后支座，9為斷路器改 造后支座。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1 對于變電站的某一出線間隔中的隔離開關(guān)-電流互感器-斷路器連接 系統(tǒng)如圖1所示。在設(shè)備頂部施加一定大小的水平荷載使得設(shè)備整體產(chǎn)生位移，然后突然 移去該荷載，通過測量設(shè)備和設(shè)備支座的結(jié)構(gòu)響應(yīng)可以得到電氣設(shè)備本體和設(shè)備本體_支 座整體的自振頻率。若通過上述方法得到隔離開關(guān)、電流互感器和斷路器三個設(shè)備的自振 頻率分別為5HZ，3HZ，1HZ。選定電流互感器的自振頻率為中間頻率，將隔離開關(guān)的頻率調(diào) 整為3Hz-4. 5Hz范圍之間，并盡量接近3Hz ；將斷路器的頻率調(diào)整為1. 5Hz-3Hz范圍之間， 并盡量接近3Hz。為了調(diào)整隔離開關(guān)和斷路器的頻率，需要改造設(shè)備底部的支座。通過基本力學(xué)原 理進行計算，得到設(shè)備頻率為目標頻率時設(shè)備的支座的結(jié)構(gòu)形式。隔離開關(guān)原支座和斷路 器原支座如圖2所示，改造后的隔離開關(guān)和斷路器支座如圖3所示?，F(xiàn)場施工中，首先，將隔離開關(guān)和電流互感器、電流互感器和斷路器間的軟母線拆 除，通過人工激勵方法根據(jù)單體設(shè)備的結(jié)構(gòu)響應(yīng)測得設(shè)備的自振頻率；然后，拆除隔離開關(guān) 和斷路器的本體與支座的連接部分，將隔離開關(guān)和斷路器的電氣設(shè)備本體存放起來。第三， 將隔離開關(guān)的支座由原支座5更換為改造后支座8，將斷路器的支座由原支座7更換為改造 后支座9。第四，將之前拆下來的設(shè)備重新安裝在新的支座上，對改造后的設(shè)備頻率進行第 二次測量，檢查是否達到目標頻率值，如果沒有達到，需要重新計算更換支座，直到設(shè)備整 體頻率滿足目標頻率為止。最后在隔離開關(guān)和電流互感器，電流互感器和斷路器間安裝軟 母線。新的母線連接設(shè)備體系由于設(shè)備間的差別較小，地震作用下相對位移較小，避免了母 線與電氣設(shè)備間的不利的相互作用。
權(quán)利要求
一種既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法，其特征在于具體步驟如下對于變電站中一組采用母線連接的電氣設(shè)備，該電氣設(shè)備由電氣設(shè)備本體和電氣設(shè)備下部支座所構(gòu)成，所述電氣設(shè)備用于滿足電氣功能要求，電氣設(shè)備下部支座用于支撐上部電氣設(shè)備本體，保證其與地面有一定的絕緣距離；采用人工激勵的自由振動法得到一組電氣設(shè)備中各個電氣設(shè)備的自振頻率，對這些電氣設(shè)備的自振頻率取平均，計算得到中間頻率，將每個電氣設(shè)備的頻率調(diào)整至與中間頻率差控制在1.5Hz以內(nèi)；各個電氣設(shè)備的頻率調(diào)整可以通過改變位于各個電氣設(shè)備下部的支座的頻率來改變電氣設(shè)備整體的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法，其特征在于 位于各個電氣設(shè)備下部支座的頻率改變方式采用改變支座結(jié)構(gòu)形式、改變支座的截面尺寸 大小或者增加斜撐中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法，其特征在于 電氣設(shè)備整體的頻率改變方式采用計算設(shè)計電氣設(shè)備支座的改造方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法，其特征在于 減小一組用母線連接的電氣設(shè)備的頻率差別來避免設(shè)備與母線間的動力相互作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種既有變電站母線設(shè)備體系的抗震加固改造方法，包括對變電站中一組母線連接設(shè)備體系中的設(shè)備的自振頻率進行測量，找出這些設(shè)備頻率的中間頻率，將該組設(shè)備的頻率調(diào)整為與中間頻率接近；調(diào)整設(shè)備頻率的方法是改造設(shè)備底部支座的結(jié)構(gòu)形式以使得設(shè)備-支座整體的頻率與該組設(shè)備的中間頻率接近。本發(fā)明具有操作方便、造價低廉、效果明顯等優(yōu)點，可廣泛用于既有變電站的抗震加固改造以及新建變電站的設(shè)計中，可以有效避免電氣設(shè)備與母線間的不利相互作用。
文檔編號H02B3/00GK101834410SQ20101017563
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者王亞非, 謝強 申請人:同濟大學(xué)