随着社会对电力需求量的逐渐增大,500kV及以上的高压变电站数量逐渐增多。在供电中心区域,需要占地面积小,运行安全可靠的新型变电设备。在国内外电网变电站建设中,逐渐引进一种新型的一次封闭开关机械设备——气体绝缘全封闭组合电器GIS。GIS设备内部充有SF6惰性气体作为灭弧介质,绝缘性能优异,运行安全系数高。GIS设备暴露于室外,受力情况复杂,常因外力损坏、设备老化、安装工艺不合理等原因发生气体泄漏事故,对人身、环境和设备造成危害。因此,全面了解和掌握GIS设备在不同工况下的静动力学特征,对于提高我国电网运行的安全性有重要的理论和工程意义。本文在有限元软件ANSYS Workbench12.1环境中,对临淄变电站220kV GIS设备主母线进行多工况模拟分析,详细研究了管母线几何建模、网格划分、接触定义、载荷施加等技术。模拟结果获得了管母线在大风工况、变温工况、地震工况和不均匀沉降工况中的应力和变形分布情况,全面考察设备运行过程中的静动力学响应特征,为薄弱部位提出改进意见。对GIS管母线壳体及法兰部位进行常规工况应力分析。在0.1-0.6MPa工作内压作用下,对一典型四通母线筒壳体进行有限元分析。结果显示,应力集中现象出现于筒体开孔肩部外表面,在工作内压0.5MPa条件下,壳体最大应力为60.34MPa,结构偏于安全。本文以工作内压和螺栓预紧力为变量,考察一三通母线筒壳体法兰的应力分布情况。结果显示,结构最大应力值出现在法兰与母线筒连接位置,在工作内压0.5MPa,螺栓预紧力8000N条件下,螺栓和法兰最大应力值分别为33.3MPa和21MPa,远小于规范允许应力,结构偏于安全。在大风工况分析中,对GIS管母线分别施加稳定风、阵风和脉动风载荷作用。模拟结果表明,相比于静态风作用,动态风载下结构应力较大,位移量较小。在设计风速30m/s作用下,结构最大应力值位于波纹管表面,最大变形量出现在东侧端部法兰处,结构设计满足大风工况强度要求。在管母线模态分析中,根据卡门涡旋理论计算出标准风速作用下管母线自锁频率为9.23Hz。通过有限元模态分析,得到不同跨距和形式管母线前六阶固有频率。结果显示,当管母线跨距大于16.9m时,固有频率小于自锁频率,结构有可能发生共振。结构失效形式为最东侧支撑绝缘子与法兰连接失效。在变温工况分析中,结构最大位移量出现在波纹管膨胀节处。在-5～70℃和35～70℃变温工况中,母线筒最大应力出现在母线筒开孔处,分别为167.29MPa和167.19MPa,均超过材料许用应力。在夏季,管母线结构母线筒开孔处会因材料屈服而发生泄漏事故。本文采用不同烈度和方向的El-centro地震波对临淄变电站GIS管母线抗震性能进行验证。结果显示,地震波作用下,管母线最大应力出现在母线筒开孔处。X方向地震波作用下,结构应力值明显大于Z方向地震波作用下的情况。在9级地震波作用下,管母线最大应力值为82.68MPa,小于设计规范要求,结构设计满足变电站抗震需求。在不均匀沉降工况中,相邻支撑杆最大沉降差为1.24mm,管母线整体沉降比为1.79mm/20m,结构最大沉降量为1.79mm,在实际地基刚度条件下,结构满足变电站结构水平安装精度要求。