±800kV特高压直流干式穿墙套管抗震性能及其减震措施研究

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地震在我国是一种活动频率高、强度大、分布广的自然灾害,对我国新疆、四川等地的输配电网络有着极大的威胁,给电网带来经济损失。而换流站作为电网中复杂的大型系统,其一旦在地震中遭受破坏将导致整个电网陷入瘫痪。特高压直流穿墙套管是直流输电系统的“咽喉”,由于其结构较长的特点,易受地震危害。为提高换流站在地震灾害下的供电可靠性,有必要研究特高压直流穿墙套管的抗震性能以及减震措施。针对现有研究中±800k V特高压直流干式穿墙套管建模精度较低,地震失效概率评估方法存在不足且影响因素考虑不周,缺乏减震措施研究等不足,论文对±800k V特高压直流干式穿墙套管进行精细化建模,采用有限元法研究套管在地震作用下的应力、位移响应,考虑多种不确定性因素分析了套管薄弱点在不同强度地震下的失效概率,从改变套管结构尺寸与增设减震层两个角度研究了套管的减震措施,主要工作如下:(1)研究±800k V特高压直流干式穿墙套管仿真建模及分析方法。建立±800k V特高压直流干式穿墙套管的有限元三维仿真简化等效模型,考虑套管结构间的非线性接触,对阀厅进行简化。利用模态分析以及动力学分析等方法,得到了套管自振特性及在典型地震波作用下不同结构的应力、位移响应,结果显示地震对套管绝缘子根部应力以及绝缘子与电容芯子间的绝缘距离威胁较大。最后对仿真简化模型与阀厅模型进行了对比,结果显示简化模型具有良好的等效性,为开展地震易损性研究打下基础。(2)对±800k V特高压直流干式穿墙套管开展了地震易损性分析。根据套管的地震响应结果选取地震损伤指标,确定套管损伤指标的抗震能力并考虑了抗震能力不确定性。采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)随机抽取100组套管建模参数以考虑套管状态的不确定性,并选取100组地震波与建模参数组成100组仿真样本进行仿真得到套管损伤指标的地震响应。在此基础上采用Box-Cox变换、最小二乘法等方法建立损伤指标的概率地震需求模型。并考虑各指标失效模式之间的相关性建立它们的联合概率地震需求模型,采用蒙特卡洛模拟法计算套管损伤指标及整体的地震损伤概率。(3)研究±800k V特高压直流干式穿墙套管减震措施。从抗震的角度出发,研究套管结构尺寸对套管应力、位移响应的影响,结果显示适当增加套管导电杆与绝缘子根部的厚度能提高套管的侧向刚度,提高抗震性能。提出一种增设减震层的减震方案,研究粘滞阻尼器阻尼参数对套管地震损伤指标的减震效率的影响,得到阻尼参数与损伤指标地震响应间的关系,采用优化算法进行阻尼器参数寻优得到两组阻尼器优选参数,对比阀厅模型与简化模型的减震效果,并分析增设减震层后的套管损伤概率,结果显示增设减震层不仅能有效削弱地震动对套管本身的作用,还能削弱阀厅动力特性对套管地震响应的放大作用,增设减震层能明显降低套管损伤概率。
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